Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

Подписываем
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 104
Херсонський морський інститут
кафедра «Суднові електричні системи та автоматика суден»
Шифр № __________ Реєстр. № __________ |
«Затверджено» Проректор з науково-педагогичної роботи ___________________ Бень А.П. «____» _______________ 200___ р. |
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
з дисципліни «Електрообладнання суден та його експлуатація»
з напряму 1003 «Судноводіння і енергетика суден»
за спеціальністю 6.100300 «Експлуатація суднових енергетичних установок”
м. Херсон
Конспект лекцій дисципліни „Електрообладнання суден та його експ-
луатація” розробив у відповідності з навчальним планом стандарту вищої освіти підготовки бакалавра напряму 1003 „Судноводіння і енергетика су-
ден” за спеціальністю 7.100302 „Експлуатація суднових енергетичних уста-
новок” в.о. доцента кафедри „Суднові електричні системи та автоматика су ден” Миронов В.В.
Рецензенти :
кафедра «Електрообладнання суден» МНМУ, д-р техн. наук професор Шевченко В.В.
кафедра «__________________________” ХНТУ, к.т.н. професор Яким
чук Г.С.
Конспект розглянутий та ухвалений на засіданні кафедри СЕСАС
« » _______________р. протокол № _
Завідуючий кафедрою СЕСАС професор, д.т.н. _________ Ісаєв Є.О.
Методист навчально-методичного відділу _________ Сіденко Т.О.
«___» ____________ 20__р.
Конспект ухвалений Радою факультету «Судноводіння і енергетика суден»
«____» _____________ 20__р. протокол № ____
Голова Ради факультету
«Судноводіння і енергетика суден» ___________ Тригуб С.М.
Начальник навчально-методичного відділу _____ Сокол І.В.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Конспект лекций составлен в соответствии с учебной программой дисциплины
„Электрооборудование судов и его эксплуатация” для специальности 7.100302 «Эксплуа-
тация судовых энергетических установок” морских высших учебных заведений 3-го уров-
ня аккредитации.
В конспекте рассмотрены вопросы современного состояния электрооборудования судов и тенденции его развития.
Конспект содержит основы теории, описание устройства и анализ эксплуатацион-
ных свойств различных видов судового электроборудования.
Порядок изложения учебного материала облегчает усвоение курса и наиболее полно отвечает современному состоянию и тенденциям развития электрооборудования судов.
Значительное место в конспекте лекций отведено практическим вопросам, связан-
ным со специфическими условиями работы судового электрооборудования, его техниче-
ского использования и обслуживания.
При составлении конспекта лекций были использованы международные и нацио-
нальные морские нормативные документы, в том числе:
1. Международная конвенция по подготовке моряков и несению вахты (STCW-78);
2. Международный кодекс по подготовке моряков и несению вахты ( CODE-95 );
3. Правила классификации и постройки морских судов ( Правила Регистра );
4. Правила технической эксплуатации морских и речных судов Украины. Раздел
«Электрооборудование», КНДЗ 31.2.002.07-96;
5. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море ( SOLAS-74);
6. Правила предотвращения загрязнения с судов ( МАРПОЛ-73/78 ).
В конспекте использован обширный справочный материал, который должен по-
мочь студентам при расчете и выборе различных видов судового электрооборудования
из справочников и каталогов.
В конспект включены контрольные вопросы, имеющие целью сосредоточить вни-
мание студентов на наиболее важные особенности изучаемой темы.
Все советы, замечания и пожелания по данному пособию будут приняты автором с благодарностью.
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
АБ аккумуляторная батарея
АВ автоматический выключатель
АГ аварийный генератор
АД асинхронный двигатель
АДГ аварийный дизель-генератор
АР автоматический рулевой
АРН автоматический регулятор напряжения
АРЧ автоматический регулятор частоты
АСДН автоматизированная система диагностики и наладки
АСУ автоматизованная система управления
АТР автоматический рулевой типизированного ряда
АЦП аналого-цифровой преобразователь
АЭРЩ аварийный электрораспределительный щит
БСГ бесщеточный синхронный генератор
ВГ - валогенератор
ВУ выпрямительное устройство
ВРШ винт регулируемого шага
ВФШ винт фиксированного шага
ГА генераторный агрегат
ГД главный двигатель
Г Д генератор - двигатель
ГНВ генератор начального возбуждения
ГПМ грузоподъемные механизмы
ГПТ генератор постоянного тока
ГРЩ главный распределительный щит
ГЭД гребной электродвигатель
ГЭРЩ - главный электрический распределительный щит
Д двигатель ( электрический )
ДГ дизель-генератор
ДП дополнительный полюс
ДПТ двигатель постоянного тока
ДЭГУ дизель-электрическая гребная установка
ИМ исполнительный механизм
КЗА коммутационно-защитная аппаратура
КН корректор напряжения
КО компенсационная обмотка
КПД коэффициент полезного действия
КСУ комплекс систем управления
МЭК Международная электротехническая комиссия
НУВ неуправляемый выпрямитель
ОВГ обмотка возбуждения генератора
ОУ обмотка управления
ПД приводной двигатель
ПТБ правила техники безопасности
ПТЭ правила технической эксплуатации
ПУ пульт управления
ПЭ приемник электроэнергии
РУ рулевое устройство
РЩ распределительный щит ( электрический )
РЭГ рулевой электрогидравлический привод
РЭП - рулевой электропривод
РЭМ - рулевой электромеханический привод
САУ система автоматизированного управления
СВАРН система самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения
СГ синхронный генератор
СТД система технической диагностики
СТС судовые технические средства
СУ система управления
СЭО судовое электрооборудование
СЭП судовой электропривод
СЭС судовая электростанция
СЭУ судовая энергетическая установка
СЭЭС - судовая электроэнергетическая система
ТАД трехфазный асинхронный двигатель
ТВД тиристорный возбудитель двигателя
ТГ турбогенератор
ТИ техническое использование ( электрооборудования )
ТК трансформатор компаундирования
ТО техническое обслуживание ( электрооборудования )
ТПЧ тиристорный преобразователь частоты
ТФК трансформатор фазового компаундирования
ТЭ техническая эксплуатация ( электрооборудования )
ТЭГУ турбоэлектрическая гребная установка
УВ управляемый выпрямитель
ФПБ фидер питания с берега
ЦАП цифро-аналоговый преобразователь
ЦПУ центральный пост управления
ЩЭСБ щит электроснабжения с берега
ЭВМ электронная вычислительная машина
ЭГК электрогидравлический кран
ЭДС электродвижущая сила
ЭП электропривод
ЭЭ электроэнергия
ЯШУ якорно-швартовное устройство
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина „Электрооборудование судов и его эксплуатация” имеет первостепен-
ное значение в образовательно-профессиональной подготовке судовых механиков.
Абсолютное большинство судовых технических средств ( СТС ) морских судов электрифицировано и автоматизировано, поэтому их эффективная эксплуатация невозмож
на без освоения данной дисциплины.
Эта дисциплина закладывает основы знаний судового электрооборудования и си-
стем управления ним, его технического использования и обслуживания.
Необходимость фундаментальных знаний судовыми механиками судовой электро-
техники и ее составной части - судового электрооборудования, определяется, прежде все-
го, нуждами производства.
1. Краткий исторический очерк развития судового электрооборудования. Комплексы СУ СТС. Классы автоматизации судов А1, А2, А3
Первым примером применения на судах электричества принято считать использо-
ние гальванических батарей для вращения гребных колес прогулочной лодки. Эти бата-
реи были установлены на лодке в 1834 г. русским академиком Б. С. Якоби. Они позволя-
ли пеедвигаться по Неве навстречу течению со скоростью около 4 км/ч.
Реальному применению электроприводов на судах долгое время мешало отсутствие надёжных и экономичных источников электроэнергии - генераторов и ее потребителей
вначале электроосветительных приборов, а затем и электродвигателей.
Лишь после разработки в 70-х гг. 19 века и начала производства электрических ма-
шин постоянного тока работы по внедрению электричества на судах восстановились.
В 1886 г. на крейсерах «Адмирал Нахимов», «Адмирал Корнилов» и «Лейтенант Ильин» были установлены первые электрические вентиляторы.
В 1892 г. на броненосном крейсере «Двенадцать апостолов» установили электро
привод рулевого устройства.
В 1897 г. на транспорте «Европа» применили первую электролебедку.
В 18981903 гг. были электрифицированы рулевые и якорные устройства крейсе
ров «Громобой» и «Паллада».
В 19031904 гг. на Сормовском заводе построили первые дизель-электроходы «Вандал» и «Сармат».
Все судовые электрические установки того времени работали на постоянном токе при напряжении, как правило, не превышавшем 110 В.
Переход на переменный ток на судах стал возможным благодаря работам русского учёного М.О. Доливо-Добровольского, который в 1889 г. построил простой и надёжный асинхронный трёхфазный электродвигатель.
В 1908 г. на минном заградителе «Амур» установили трехфазные двигатели для вентиляторов и водоотливных насосов.
В 19091911 гг. переменный ток внедрили на линейных кораблях типа «Севасто-
поль».
В 1920 г. был принят так называемый план ГОЭЛРО ( Государственный план элек-
трификации России ), разработанный русским учёным-электротехником Кржижановским Г.М., который предусматривал создание в России сети гидро- и теплоэлектростанций с суммарной мощностью 3 млн. кВт. Выполнение этого плана позволило электрифициро-
вать промышленность и сельское хозяйство.
В период 30-40 гг. ХХ столетия происходило быстрое развитие электрификации
страны были построены мощные гидро- и тепловые электростанции, заводы по производ
ству электрических машин и электрооборудования.
В период с 1960 по 1970 г. осуществляется переход к использованию на судах пере
менного тока. Это стало возможным благодаря началу выпуска специально для судов гене
раторов 3-фазного переменного тока и асинхронных двигателей серии МАП ( морской асинхронный полюсопереключаемый ) с 2-мя и 3-мя скоростями.
Одновременно разрабатывались и внедрялись на судах системы автоматизировано-
го и автоматического управления и контроля различными видами судового электрообору-
дования ( см. ниже ).
На судах отечественного производства устанавливались различного рода такие си
стемы навигационные, управления главными и вспомогательными двигателями, судовы-
ми электроприводами и др.
В 70-х годах ХХ столетия для судов отечественной постройки был создан базовый комплекс СУ СТС типа «Залив- М» ( рис. В.1 ).
Рис. В.1. Структурная схема КСУ СТС типа «Залив- М»
В эту систему входят СУ следующими СТС:
Для электроснабжения всех этих систем используется система «Тангенс».
Системы комплекса связаны не только между собой, но и с локальными СУ, таки-
ми как ДАУ ГД, ДАУ ДГ.
Объем автоматизации механической установки судов, на которых был установлен
комплекс «Залив- М», соответствовал знаку автоматизации А1 в символе класса судна.
В зависимости от объема автоматизации механической установки, Правила Ре-
гистра устанавливают 3 знака автоматизации в символе класса судна А1, А2, А3, а имен-
но:
А1 судно, за исключением пассажирского, объем автоматизации механической
установки которого позволяет эксплуатацию без вахты в машинных помещениях и центральном посту управления;
А2 судно, объем автоматизации механической установки которого позволяет экс-
плуатацию без вахты в машинных помещениях, но с вахтой в центральном посту управления;
А3 судно с мощностью главных механизмов 1500 кВт ( 2040 л.с. ) и менее, объ
ём автоматизации механической установки которого сокращен, но позволяет эксплуата-
цию без вахты в машинных отделениях.
Современные морские суда снабжены микропроцессорными СУ СТС, позволяющи
ми успешно решать основную задачу морского судоходства.- безаварийную и экономич-
ную эксплуатацию судов.
При проектировании и производстве судового электрооборудования приходится
решать две взаимоисключающие задачи:
повышение уровня автоматизации электрооборудования;
упрощение их обслуживания.
Для решения этих задач судовое электрооборудование должно развиваться в сле-
дующих направлениях:
автоматизация отдельных механизмов с последующим их объединением в автома-
тизированные системы, управляемые при помощи микропроцессорных систем;
повышение производительности механизмов и судна в целом за счёт выбора опти-
мальных скоростей переработки грузов;
повышение надёжности и ресурса электрооборудование за счёт улучшения конст-
рукции механизмов и аппаратов управления;
снижение трудозатрат на обслуживание за счёт унификации элементов и примене-
ния блочных конструкций.
2. Международные морские нормативные документы, определяющие уровень подготовки судовых механиков в части эксплуатации СЭО
На большинстве транспортных судов есть штатная должность электромеханика, ко-
торый несет непосредственную ответственность за техническую эксплуатацию судового электрооборудования.
Тем не менее, в соответствии с национальными морскими документами, такими как
Устав службы на судах морского и речного флота Украины, ПТЭ СТС и др., общую от-
ветственность за правильную техническую эксплуатацию судового электрооборудова-
ния несет именно старший механик судна.
Международная морская организация ( IMO ИМО ), определяющая основные на-
правления развития морского судоходства, приняла в 1978 и 1995 годах два основных до-
кумента в части подготовки и дипломирования моряков:
нии вахт 1978 г. ( ПДМНВ 78, STCW 78 );
вахт 1995 г. ( КПДМ 95, CODE 95 ).
Оба документа обязательны для стран, подписавших эти документы. Выполнение
требований этих документов позволяет морякам какого-либо государства работать без ограничений на любом судне мирового флота ( Украина присоединилась к ПДНВ-78 в 1996 году, Закон Верховного Совета Украины №464-96/ВР от 1 ноября 1996 года ).
Оба документа содержат таблицы минимальных требований к компетентности судо
вых специалистов судоводителей, судовых механиков и радиоспециалистов при выпол-
нении ими определённых функций на трёх уровнях :
ков ).
Упомянутые минимальные требования изложены в таблицах А-III/1 для вахтенных
механиков ( уровень эксплуатации ) и А-III/2 для вторых и старших механиков ( уровень управления ). Содержание же таблиц А-III/1 и А-III/2 одинаково.
Извлечение из ПДНВ-78 и Кодекса-95
Таблица А-III/1
Функция 5: Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления на уровне эксплуатации
Колонка 1 |
Колонка 2 |
Колонка 3 |
Колонка 4 |
КОМПЕТЕНТНОСТЬ |
ЗНАНИЯ, ПОНИМАНИЕ И ПРОФЕССИОНАЛИЗМ |
МЕТОДЫ ДЕМОНСТРАЦИИ |
КРИТЕРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ КОМПЕТЕНТНОСТИ |
Эксплуатация преобразователей, генераторов и систем управления |
Генераторная установка 1. надлежащие начальные знания и навыки в области электротехники; 2. подготовка к работе, пуск, нагрузка и пере- ход с одного на другой преобразователь или генератор; 3. обнаружение характерных неисправностей и действия по предотвращению повреждений. Системы управленияОбнаружение характер- ных неисправностей и действия по предотвращению повреждений. |
Экзамен и оценка доказательства, полученного на основе одного или более из следующего: 1. одобренный стаж работы на судне; 2. одобренный стаж подготовки на учебном судне; 3. одобренная подготовка на тренажёре, если это применимо; 4. одобренная подготовка с использованием лабораторного оборудования. |
Операции плани- руются и выполняя- ются в соответствии с установленными правилами и проце- дурами по обеспече- нию безопасности эксплуатации |
Подготовка выпускников высших морских учебных заведений на образовательно -профессиональном уровне «бакалавр» должна соответствовать требованиям Таблицы А- III / 1 , а на уровне «специалист» - требованиям Таблицы А- III / 2.
В странах СНГ к судам с традиционно обслуживаемым машинным отделением от-
носятся суда без класса автоматизации или с классом автоматизации А-2, а с периодиче-
ски безвахтенно обслуживаемым машинным отделением - суда с с классом автоматизации А-1.
Таким образом, знание электрооборудования , электронной аппаратуры и систем
управления СТС является неотъемлемой частью профессиональной подготовки судовых механиков.
3. Международные и национальные морские классификационные общества.
Функции Регистра Украины
Все без исключения направления развития морского судоходства проектирова-
ние и постройка судов, безопасность мореплавания, предотвращение загрязнения моря и береговой черты с судов, спасение человеческой жизни на море и др. регламентируются соответствующими Положениями, Конвенциями, Меморандумами и другими междуна-
родными морскими нормативными документами.
Контролируют выполнение этих документов международные и национальные над-
зорные организации, к основным из которых принадлежат:
Объем надзорной деятельности устанавливается Правилами классификационных
обществ, например, в России и Украине - Правилами Регистра.
По состоянию на 2007 г. Украина не имеет собственных Правил Регистра и ее мор-
кие организации использует Правила Регистра России.
Познакомимся с направлениями деятельности Регистра более подробно.
Регистр является государственным органом технического надзора и классифика-
ции гражданских судов. Кроме того, Регистр по поручению и от имени правительства Украины или по поручению правительств других стран осуществляет в пределах своей компетенции технический надзор за выполнением требований международных конвенций, соглашений и договоров, в которых участвуют упомянутые страны.
Регистр устанавливает технические требования, обеспечивающие:
ренних водных путях;
а также
теристики находящихся под надзором Регистра судов внутреннего плавания, определен-
ные в результате обмера судов.
Надзорная деятельность осуществляется на основании издаваемых Регистром Пра-
вил и имеет целью определить, отвечают ли Правилам и дополнительным требованиям суда и контейнеры, подлежащие надзору, а также материалы и изделия, предназначенные для постройки и ремонта судов и их оборудования.
Применение и выполнение Правил и дополнительных требований является обязан-
ностью проектных организаций, судовладельцев, контейнеровладельцев, судоверфей, а также предприятий, которые изготовляют материалы и изделия, подлежащие надзору Реги
стра.
Толкование требований Правил и других нормативных документов Регистра явля-
ется компетенцией только Регистра.
Надзорная деятельность Регистра не заменяет деятельности органов технического контроля судовладельцев, судоверфей и заводов-изготовителей.
Регистр осуществляет технический надзор за следующими морскими судами и подлежащими его техническому надзору судами внутреннего плавания в постройке и в эксплуатации:
.1. пассажирскими, наливными судами, предназначенными для перевозки опасных
грузов, а также буксирами, независимо от мощности главных двигателей и валовой вместимости;
.2. самоходными судами, не указанными в .1, с мощностью главных двигателей 55
кВт ( 75 л.с ) и более;
.3. судами, не указанными в .1. и .2., валовой вместимостью 80 рег. т и более, либо
мощностью энергетического оборудования 100 кВт и более.
Регистр осуществляет технический надзор за судовыми холодильными установка-
ми с точки зрения безопасности судов, надлежащей перевозки грузов, предотвращения озоноразрушающего действия холодильных агентов на окружающую среду, а также осуществляет классификацию холодильных установок судов.
Регистр осуществляет надзор за судовыми грузоподъемными устройствами грузо-
подъемностью 1 т и более.
Регистр по особому согласованию может осуществлять также надзор за другими
судами, установками и устройствами, не перечисленными выше.
Технологические и специальные устройства судов рыболовных, кабельных, техни-
ческого флота и специального назначения не подлежат надзору Регистра, за исключением оборудования, перечисленного в соответствующих частях Правил.
Регистр осуществляет технический надзор за контейнерами при их изготовлении и эксплуатации.
Регистр рассматривает и согласовывает проекты стандартов и других нормативных
документов, связанных с его деятельностью.
Регистр может осуществлять экспертизы и участвовать в экспертизах по техниче-
ским вопросам, входящим в круг его деятельности.
Регистр издает Регистровую книгу морских судов, в которой содержатся основные технические данные судов и сведения об их классификации.
За выполненные работы Регистр взимает плату, которая назначается в соответст-
вии с тарифами.
4. Условия работы судового электрооборудования. Требования Правил
Регистра к судовому электрооборудованию
Судовое электрооборудование по сравнению с береговым работает в более труд-
ных условиях.
Береговое электрооборудование установлено в определенной географической точ-
ке, т.е. оно не перемещается в пространстве и круглый год находится в одном и том же климатическом поясе.
Судовое электрооборудование перемещается вместе с судном, и в течение одного рейса ( 30-40 суток ) может побывать во всех климатических поясах Земного шара ( напри
мер, при переходе из Антарктиды в Мурманск ).
Для судового электрооборудования характерны следующие условия эксплуатации:
1. периодическое пребывание в тропиках, арктических водах и средних широтах, при этом средняя продолжительность пребывания в тропиках за год составляет 170 сут;
2. непрерывное пребывание в состоянии повышенной относительной влажности (от 70 до 100 %).
При этом в машинных отделениях в течение длительного времени относительная влажность составляет до 80 % при высоких температурах, а на палубах - меняющаяся вла
жность вплоть до циклического ежесуточного выпадения росы при средней температуре за сутки до 30 °С;
3. приблизительно постоянное содержание солей в воздухе: 35 мг на 1 м;
4. высокое содержание паров нефти в машинных отделениях: до 20 мг на 1 м воздуха;
5. интенсивное скопление конденсата: воды в палубных механизмах и нефтепродук
тов в машинно-котельных механизмах;
6. оседание на поверхностях соли в неблагоприятных условиях до 0,2 мм за сут-
ки;
7. работа в условиях повышенной вибрации и периодических ударных нагрузок, связанных с сотрясением корпуса от ударов волн или при плавании во льдах.
Кроме того, для палубного оборудования добавочными условиями являются:
давлением 9,8*10 Па ( 1at ) с расстояния 1,5 м;
3. в отдельных случаях полное кратковременное погружение под набегающую вол-
ну;
4. дополнительный кратковременный нагрев за счет солнечной радиации в тропи-
ках (до 5 °С сверх предельной температуры воздуха) и ионизация под воздействием озона плотностью до 40 мкг/м.
Статистика эксплуатации судов основных транспортных океанских линий показы
вает, что общее время пребывания судна в тропиках составляет примерно 160 сут в год; при этом ходовое время судна - около 150 сут, из них 60 сут в тропиках, стояночное вре-
мя 210 сут, из них 100 сут в тропиках.
Среднее наибольшее время стоянки в тропиках 10 сут. Средняя температура возду-
ха Мирового океана в зоне тропиков составляет 20 °С при абсолютной влажности 15 г/м.
У берегов Индии и Индонезии средняя температура равна 25 °С при абсолютной влажности 20 г/м.
Поэтому морские нормативные документы предъявляют к СЭО повышенные требо
вания.
Эти требования содержатся в Правилах Регистра и в основном сводятся к следую
щему:
носительной влажности воздуха 75±3% при температуре +45±2°С или 80±3% при темпера
туре +40±2°С, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре +25±2°С;
2. конструктивные части электрического оборудования должны изготовляться из материалов, устойчивых к воздействию морской атмосферы, или должны быть надежно защищены от вредного воздействия этого фактора;
3. электрическое оборудование должно надежно работать при вибрациях с частота
ми от 2 до 80 Гц, а именно: при частотах от 2 до 13,2 Гц с амплитудой перемещений ± 1 мм и при частотах от 13,2 до 80 Гц с ускорением ±0,7 g;
4. электрическое оборудование, установленное на источниках вибрации (дизели, компрессоры и т.п.) или в румпельном отделении, должно надежно работать при вибраци
ях от 2 до 100 Гц, а именно: при частотах от 2 до 25 Гц с амплитудой перемещения ±1,6 мм и при частотах от 25 до 100 Гц с ускорением ±4,0 g;
5. электрическое оборудование должно надежно работать также при ударах с уско
рением ± 5,0 g и частоте в пределах от 40 до 80 ударов в минуту;
6. электрическое оборудование должно безотказно работать при длительном крене судна до 15° и дифференте до 5°, а также при бортовой качке до 22,5° с периодом 7 - 9 с и килевой до 10° от вертикали;
7. аварийное оборудование должно, кроме того, надежно работать при длительном крене до 22,5°, дифференте до 10°, а также при одновременном крене и дифференте в ука-
занных выше пределах;
8. электрическое оборудование должно обладать соответствующей механической прочностью и устанавливаться в таком месте, где нет опасности механического поврежде-
ния.
Для выполнения перечисленных выше условий судовое электрооборудование долж
но иметь соответствующее устройство ( конструкцию ).
Рассмотрим требования к конструкции судового электрооборудования более под-
робно.
5. Требования морских нормативных документов к конструкции судового
электрооборудования
Основные сведения
Конструкцию судового электрооборудования разрабатывают с учётом 4-х факто-
ров:
судне;
ведущими или вращающимися частями электрооборудования, находящегося внутри её корпуса;
ды.
Рассмотрим поочередно выполнение перечисленных выше требований на практике
( пп. 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 ).
6.1. Классификация судового оборудования в зависимости от климатических условий района плавания
Соответствующими стандартами установлена следующая классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания:
1. оборудование судов ограниченного района плавания с умеренно холодным кли-
матом ( европейская часть ), обозначаемая буквой М;
2. оборудование судов неограниченного района плавания, обозначаемое буквами ОМ.
Классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания
приведена в таблице В1.
Таблица В.1.
Классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания
Климатическое исполнение |
Обозначения в странах СНГ |
Международные обозначения |
Для районов с умеренным и холодным климатом *( + 40ºС… - 45ºС ) |
М |
М |
Для районов с тропическим морским климатом** ( выше + 40ºС ) |
Т |
Т |
Для неограниченного района плавания |
ОМ |
МU |
Для всех климатических районов на суше и на море |
В |
W |
* К этим районам относятся моря и океаны севернее 30º северной широты |
||
** К этим районам относятся моря и океаны, расположенные между 30º северной широты и 30º южной широты |
Таким образом, суда неограниченного района плавания ( океанские ), периодиче-
ски переходящие из северных широт в южные и наоборот, имеют электрооборудование класса ОМ.
6.2. Классификация электрооборудования в зависимости от места расположе-
ния на судне
Судовое электрооборудование расположено на самых разных пространствах судна и в разных помещениях.
Место расположения электрооборудования определяется видом механизма.
Например, электроприводы палубных механизмов якорно-швартовных и грузо-
вых устройств, траповых и шлюпочных лебедок, расположены на открытых палубах и под
вержены прямому воздействию воды.
Электроприводы механизмов, расположенных в машинном отделении, например,
пожарных насосов, насосов, обеспечивающих работу главного двигателя, лишены прямо-
го воздействия воды, но остаются под воздействием остальных неблагоприятных факто-
ров повышенной влажности, вибрации, ударов и др.
Электрооборудование, расположенное в ЦПУ разного рода системы управления
и контроля, а также главный электрораспределительный щит, работают в наиболее ком-
фортных условиях, т.к. помещение ЦПУ отапливается ( или охлаждается, в зависимости от района плавания ) и вентилируется.
Условные обозначения категорий размещения электрооборудования на судне приве
дены в таблице В.2.
Таблица В.2.
Категории размещения электрооборудования на судне
Обозначение категории места |
Характеристика места размещения электрооборудования |
1 |
На открытом воздухе |
2 |
На открытом воздухе или в помещениях, где колебания температу ры и влажности воздуха незначительно отличаются от колебаний на открытом воздухе |
3 |
В помещениях с естественной вентиляцией без искусственного климата |
4 |
В отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых помещениях |
5 |
В помещениях с повышенной влажностью, где возможно длитель- ное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах или потолке |
6.3. Классификация электрооборудования в зависимости от степени защищен-
ности обслуживающего персонала от соприкосновения с его токоведущими или вра-
щающимися частями и степени защищённости корпуса электрооборудования от по-
падания внутрь воды
Условные обозначения степени защищенности обслуживающего персонала от со-
прикосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования, нахо-
дящегося внутри её корпуса и степени защищённости корпуса электрооборудования от попадания внутрь воды объединены и состоят из латинских букв IP ( от первых букв анг-
лийских слов «International Protection», что означает «Международная система защиты корпуса электрооборудования» ) и двух последующих цифр.
Первая цифра обозначает степень защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования.
Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.3.
Таблица В.3.
Степени защиты судового электрооборудования от соприкосновения с токо
ведущими или вращающимися частями
Первая цифра условного обозначения |
Степень защиты |
0 |
специальная защита отсутствует |
1 |
от проникновения внутрь корпуса большого участка поверхности человеческого тела, например, руки, и от проникновения твёрдых тел размером свыше 50 мм |
2 |
от проникновения внутрь корпуса пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм |
3 |
от проникновения внутрь корпуса инструментов , проволоки и др. предметов диаметром или толщиной более 2,5 мм и от проникно- вения твердых тел размером более 1,0 мм |
4 |
от проникновения внутрь корпуса проволоки и твёрдых тел разме- ром более 1,0 мм |
5 |
проникновение внутрь корпуса пыли не предотвращено полностью , однако количество попавшей пыли не должно нарушить работу изделия |
6 |
проникновение пыли предотвращено полностью |
Вторая цифра обозначает степень защищенности электрооборудования от попада
ния внутрь воды. Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.4.
Таблица В.4.
Степень защищенности электрооборудования от попадания внутрь воды
Вторая циф- ра условно- го обозначе- ния |
Степень защиты |
Название исполнения кор пуса электрооборудова- ния |
0 |
защита отсутствует |
открытое |
1 |
от капель воды, падающих вертикально |
каплезащищённое |
2 |
от капель воды при наклоне оболочки до 15º |
каплезащищённое |
3 |
от дождя, падающего под углом 60º к вертикали |
брызгозащищённое |
4 |
от брызг, попадающих на корпус под лю бым углом |
брызгозащищённое |
5 |
от водяных струй, попадающих на кор- пус под любым углом |
брызгозащищённое |
6 |
от волн воды |
водозащищённое |
7 |
при погружении в воду: вода не должна попасть внутрь корпуса в количестве, достаточном для повреждения изделия, при определённых стандартами значениях давления воды и времени нахождения под водой |
погружное ( герме- тичное ) |
8 |
то же, что и в п.7, но при длительном погру- жении в воду: |
погружное ( герме- тичное ) |
Правила классификации и постройки морских и речных судов ( Регистр ) устанавливают зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений. Эта зависимость приведена в таблице В.5.
Таблица В.5.
Зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений
№№ |
Тип судового помещения |
Характеристика помещения |
Степень защиты |
1 |
Помещение главного распределительного щита |
Сухое отапливаемое |
IP00 |
2 |
Жилые, общественные и служебные помеще ния и относящиеся к ним коридоры, вестибюли, трапы, кроме перечисленных ниже |
Сухие |
IP20 |
3 |
Каюты, салоны, детские комнаты и т.п. на пасса жирских судах |
Сухие |
IP30 |
4 |
Умывальные, туалетные, гальюны, раздеваль- ные, камбузы, сушильные, провизионные кладо- вые и т.п. |
С повышенной влажностью |
IP44 |
5 |
Бани, душевые, ванные, прачечные, посудомоеч ные, заготовительные, по обработке продуктов промысла и лова |
Особо сырые |
IP55 |
6 |
Кладовые: шкиперские, прозодежды, запчастей, мастерских, фонарные, малярные, а также там- буры и коридоры, примыкающие к этим помеще ниям |
Влажные |
IP23 |
7 |
Закрытые рулевые, штурманские, радио- и трансляционные рубки и т.п. |
Сухие |
IP22 |
8 |
Аварийных дизель-генераторов и пожарных насосов |
С повышенной влажностью |
IP23 |
9 |
Специальные электрические |
Сухие, при возмож- ности отапливаемые |
IP10 |
110 |
Помещения машинные, котельные и электриче- ского оборудования |
С повышенной влажностью |
IP23 |
111 |
Холодильных машин, рулевых машин, агрегат- ные для палубных механизмов, насосные на сухогрузных судах |
С повышенной влажностью |
IP23 |
112 |
Места, где может скапливаться негорючая пыль ( трюма, склады и т.п. ) |
Особо сырые |
IP55 |
113 |
Открытые палубы |
Заливаемые водой |
IP56 |
114 |
Помещения и пространства, где оборудование работает под водой |
Затопляемые |
IP68 |
115 |
Помещения с горючей пылью, угрожающей взрывом |
Опасные |
IP68 |
В зависимости от особых условий эксплуатации, дополняющих перечисленные вы-
ше, могут использоваться и иные буквенные обозначения исполнение корпусов судово-
го электрооборудования . Эти обозначения приведены в таблице 6.
Таблица В.6.
6.4. Классификация судового оборудования в зависимости от особых условий работы эксплуатации
№п/п |
Обозначение исполнения |
Наименование исполнения |
Характерные признаки конструктивного исполнения |
1 |
ММ |
Маломагнитное |
Оборудование изготовлено из маломагнит- ных материалов или ограничивается его магнитное поле при помощи встроенных ферромагнитных устройств |
2 |
ВЗГ |
Взрывозащищенное |
Исполнение корпуса оборудования исклю- чает возможность воспламенения окружаю щей взрывоопасной среды |
3 |
УВ |
Ударовибростойкое, ударовибропрочное |
Оборудование предназначено для работы в условиях, характеризующихся наличием вибрации и ударов |
Классификация судового электрооборудования в зависимости от способа
монтажа электрических машин
Конструктивное исполнение электрических машин по способу монтажа (крепление и сочленение) и условное обозначение этих исполнений в технической документации установлены ГОСТ 2479-79.
Условное обозначение состоит из двух букв латинского алфавита IM и четырех цифр:
IM ,
где: первая цифра - конструктивное исполнение:
1 на лапах с подшипниковыми щитами ( с пристроенным редуктором );
2 - на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах);
3 - с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах), с цокольным фланцем;
4 - без лап с подшипниковыми щитам с фланцем на станине;
5 - без подшипниковых щитов;
6 - на лапах с подшипниковыми щитами и со стояковыми подшипниками;
7 - на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
8 - с вертикальным валом, кроме rpyпп от IM1 до IM4;
9 - специального исполнения по cnocoбу монтажа.
Вторая и третья цифры способы монтажа (пространственное положение маши-
ны и направление конца вала, причем в обозначении направления конца вала (3-я цифра ); цифра 8 обозначает, что машина может pаботать при любом из направлений конца вала, определенных цифрами 8 - 7, а цифра указывает, что направление конца вала машины от-
лично от определенных цифрами с 0 до 8.
В этом случае направление конца вала указывается дополнительно в технической документации.
Четвертая цифра обозначает исполнена конца вала электрической машины.
0 - без конца вала;
1 - с одним цилиндрическим концом вала;
2 - с двумя цилиндрическими концам вала;
3 - с одним коническим концом вала;
4 - с двумя коническими концами вала;
5 - с одним фланцевым концом вала;
6 - с двумя фланцевыми концами вала
7 - с фланцевым концом вала на стороне D и цилиндрическим концом вала на сто
роне N, причем под стороной D понимается при одном конце вала для двигателей при
водная, а для генераторов приводимая сторона; при двух концах вала - сторона с кон-
цом вала большего размера, а при равных диаметрах для машин на лапах с коробкой выво
дов, расположенных не сверху,- сторона, с которой коробка выводов видна справа;
Таблица В.7..
Примеры условного обозначения форм конструктивного исполнения электри-
ческих машин
Группа исполнения |
Конструктивное исполнение |
Обозначение |
IM1 Машины на лапах с под- шипниковыми щитами |
С двумя подшипниковыми щитами, на лапах, вал гори- зонтальный с цилиндриче- ским концом |
IM1001
|
То же, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вниз |
IM1011
|
|
IM2 Машины на лапах с под- шипниковыми щитами с фланцем на подшипнико вом щите ( или щитах ) |
На лапах, с фланцем на од- ном подшипниковом щите, доступном с обратной сто- роны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом |
IM2001
|
На лапах, с фланцем на од- ном подшипниковом щите, недоступном с обратной сто роны, ( или щитах ), вал го- ризонтальный с цилиндри- ческим концом, направлен ным вверх |
IM2131
|
|
IM3 Машины без лап с подшип- никовыми щитами, с флан- цем на одном подшипнико- вом щите ( или щитах ) |
С двумя подшипнковыми щитами, с фланцем на сто- роне D, доступном с обрат- ной стороны, вал горизон- тальный с цилиндрическим концом |
IM3001
|
С двумя подшипнковыми щитами, с фланцами, доступ ными с обратной стороны на обоих подшипниковых щи- тах, вал вертикальный с цилиндрическими концами |
IM3001
|
|
IM4 Машины без лап с фланцем на станине |
С двумя подшипнковыми щитами, с фланцем на сто- роне D, доступном с обрат- ной стороны, вал горизон- тальный с цилиндрическим концом |
IM4001
|
С одним подшипниковым щитом, с фланцем на сторо не N, доступном с обратной стороны; вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вверх |
IM4731
|
|
IM5 Машина без подшипнико- вых щитов |
Без станины с ротором, вал горизонтальный с цилиндри ческим концом |
IM5001
|
Со станиной на лапах, с ро- тором, без вала |
IM5410
|
|
IM6 Машина с подшипниковы- ми щитами и стояковыми подшипниками |
На лапах с двумя подшип- никовыми щитами, с одним стояковым подшипником на стороне D, без фундамент- ной плиты |
IM6000 |
Со станиной на лапах с фун- даментной плитой, с одним стояковым подшипником на стороне N, с одним подшип- никовым щитом |
IM6211
|
|
IM7 Машины со стояковыми подшипниками ( без подшипниковых щитов ) |
Без фундаментной или опор ной плиты, станина на ла- пах, с одним стояковым под шипником |
IM7001
|
С фундаментной плитой на приподнятых лапах, с двумя стояковыми подшипниками |
IM7610
|
|
IM8 Машины с вертикальным валом, кроме машин групп от IM1 до IM4 |
C подпятником и направляя ющим подшипником, распо ложенным под ротором, с валом, без маховика |
IM8201
|
C подпятником и направляя ющим подшипником, распо ложенным над ротором, с валом, без маховика |
IM8411
|
|
IM9 Машины специального исполнения по способу монтажа |
Встраиваемое исполнение с цилиндрической станиной ( или без станины ), с двумя подшипниковыми щитами, вал горизонтальный с цилин дрическим концом |
IM9001
|
С двумя подшипниковыми щитами на лапах в горизон- тальной плоскости, вал вер- тикальный с цилиндриче- ским концом |
IM9631
|
6.6. Классификация судового электрооборудования в зависимости от режимов работы
Основные сведения
Судовое электрооборудование будет работать надежно, если оно не только правиль
но сконструировано, но и правильно используется.
СЭО используется правильно, если оно соответствует условиям работы судового механизма, устройства и т.п.
Поясним сказанное на примере условий работы электродвигателей.
Например, электродвигатели насосов и вентиляторов работают с постоянной на-
грузкой, при неизменном токе.
В то же время электродвигатели грузоподъемных механизмов работают в более тя-
желых условиях с частыми пусками, сопровождающимися бросками тока.
Ясно, что использовать в грузоподъемных механизмах электродвигатели, предна-
значенные для насосов или вентиляторов нельзя они быстро сгорят.
Если, наоборот, использовать для насосов или вентиляторов электродвигатели, предназначенные для грузоподъемных механизмов, можно, но нецелесообразно они ока-
жутся недоиспользованными по мощности, т.к. вместо работы в тяжелых условиях ( с бро
сками токов ) они станут работать в легких ( с постоянной нагрузкой )..
Иначе говоря, каждому виду СЭО соответствует «свой», определенный режим рабо
ты. Тот или иной режим работы электрооборудования полностью зависит от технологиче-
ских условий работы механизма. Иначе говоря, механизм «навязывает» электрооборудо-
ванию ( например, электродвигателю ) свои условия работы как работает механизм, так должен работать и электродвигатель.
Приведем основные сведения, связанные с понятием «режим работы электрообору-
дования», применительно к электродвигателям.
Это объясняется тем, что основную часть производимой на судне электроэнергии
( до 85…90% ) потребляют именно электродвигатели.
Международная система классификации режимов работы электродвигателей
Режим работы электродвигателей - это установленный порядок чередования перио-
дов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможе-
ния, пуска и реверса во время его работы.
Для иллюстрации этих режимов работы используют нагрузочные диаграммы, пред-
ставляющие собой зависимость параметра, характеризующего нагрузку приводного двига
теля от продолжительности t отдельных циклов, составляющих работу электропривода в течение определенного периода времени.
К параметрам, характеризующим нагрузку приводного двигателя электропривода,
относят:
1. полезную мощность Р;
2. полезный момент ( момент на валу ) М;
3. силу потребляемого тока I.
Существующие международные стандарты устанавливают 8 режимов работы элек-
трооборудования, обозначаемых S1…S8.
Существующие международные стандарты устанавливают 8 режимов работы элек-
трооборудования, обозначаемых S1…S8 ( табл В.7 ).
Таблица В.7.
Режимы работы электрооборудования
Название режима |
Обозна- чение |
Примеры судовых электроприводов |
|
1 |
Продолжительный |
S1 |
Вспомогательные механизмы ГД, вентиляторы МО и трюмные, рулевое устройство |
2 |
Кратковременный |
S2 |
Лебедки шлюпочные и траповые, якорно-швартовные устройства |
3 |
Повторно-кратковремен- ный |
S3 |
Грузоподъемные механизмы ( лебедки, краны, порталы ) |
4 |
Повторно-кратковременный, с определенным числом включений в час |
S4 |
Грузоподъемные механизмы ( лебедки, краны, порталы ) |
5 |
Повторно-кратковременный, с электрическим торможением |
S5 |
Грузоподъемные механизмы ( лебедки, краны, порталы ) |
6 |
Перемежающийся с длительностью цикла 10 мин |
S6 |
- |
7 |
Повторно-кратковременный с частыми реверсами при электрическом торможении |
S7 |
Грузоподъемные механизмы ( лебедки, краны, порталы ) |
8 |
Перемежающийся с двумя и более частотами вращения |
S8 |
- |
На судах, в основном, применяются электрооборудование первых трех режимов, а именно:
1. продолжительного S1;.
2. кратковременного S2;
3. повторно-кратковременного S3.
Продолжительный режим S1
Продолжительным называют режим, при котором температура двигателя τ за время
работы поднимается от температуры окружающей среды θдо установившейся θ
( рис. В.2, а ).
Рис. В.2. Нагрузочные диаграммы и кривые нагрева двигателя при продол-
жительном S1 ( а ), кратковременном S2 ( б ) и повторно-кратковременном
S3 ( в ) режимах работы
Двигатель используется по мощности полностью, если установившаяся температу-
ра θ равна максимально допустимой для класса изоляции θ ( таблица 1 ).
Таблица В.8.
Класс изоляции |
А |
Е |
В |
F |
Н |
С |
Предельная температура, ºС |
105 |
120 |
130 |
155 |
180 |
>180 |
На судах морского флота применяют изоляцию таких классов:
Двигатель не используется по мощности полностью, если установившаяся темпера
тура θ меньше максимально допустимой для класса изоляции θ.
Двигатель перегружен, если установившаяся температура θ больше максималь
но допустимой для класса изоляции θ. Такой режим недопустим, т.к. приводит к высы
ханию и порче изоляции. Для предотвращения такого режима применяют электротепло-
вые реле, отключающие двигатель от сети.
На судах в режиме S1 работают насосы главного двигателя, вентиляторы МО, насо-
сы электрогидравлической рулевой машины и др. Продолжительность работы электрообо
рудования в режиме S1 составляет от десятков часов до десятков суток.
Кратковременный режим S2
Кратковременным называют режим, при котором температура двигателя τ за время
работы не успевает подняться до установившейся температуры θ, но за время паузы уменьшается до температуры окружающей среды θ ( рис. В.2, б ).
Для этого режима применяют количественный показатель : «длительность работы».
Стандарты устанавливают 3 значения длительности работы электродвигателей: 10, 30 и 60 мин.
На судах в кратковременном режиме работают шлюпочные и траповые лебёдки
( длительность работы 10 мин ) и якорно-швартовные устройства ( длительность работы 30 мин ).
Повторно-кратковременный режим S3
Повторно-кратковременным называют режим, при котором температура двигателя
τ за время работы не успевает подняться до установившейся температуры θ, а за время паузы не успевает уменьшаться до температуры окружающей среды θ ( рис.В2., в ).
Этот режим состоит из чередующихся кратковременных рабочих периодов tи
пауз t. Время цикла t= t+ t не должно превышать 10 мин. В противном случае наступает кратковременный режим работы S2.
Для этого режима применяют количественный показатель «продолжительность включения двигателя».
Продолжительностью включения двигателя ( ПВ, ПВ% ) называют отношение вре-
мени работы двигателя к времени цикла, выраженное в относительных единицах или про-
центах :
ПВ = t / t, или ПВ% = ( t / t)*100%.
Стандарты устанавливают 4 значения ПВ% : 15, 25, 40 и 60%. Чем больше
ПВ%, тем большую часть времени цикла работает двигатель.
На судах в повторно-кратковременном режиме работают двигатели грузовых лебё
док и кранов.
Например, три обмотки статора электродвигатель типа МАП621-4/8/24 ОМ1 с номи
нальными скоростями 170, 700 и 1400 об/мин имеют такие значения ПВ%: 15, 40 и 40.
Это означает, что обмотка первой скорости ( ПВ% = 15% ) не предназначена для длительной работы и используется как разгонная, для выхода на вторую скорость.
В то же время обмотки вторая и третья скорости ( ПВ% = 40% ) рабочие, исполь
зуемые для перемещения груза с достаточно большими скоростями.
7. Условия выбора электродвигателей для судовых электроприводов
Таких условий четыре:
должны быть одинаковыми;
2. режимы работы выбранного электродвигателя и механизма должны быть одина
ковыми;
3. номинальная ( по справочнику ) и расчётная ( по расчёту )мощности двигателя
должны быть одинаковыми;
4. номинальная ( по справочнику ) и расчётная ( по расчёту ) частоты вращения
двигателя должны быть одинаковыми.
При нарушении 1-го условия двигатель сгорит ( если напряжение сети больше на-
пряжения двигателя ) или будет развивать пониженный момент ( если напряжение сети меньше напряжения двигателя ).
При нарушении второго условия двигатель окажется либо перегруженным, либо
недогруженным.
Например, если выбрать для брашпиля ( режим S2, 30 мин ) двигатель продолжи-
тельного режима, последний не успеет за 30 мин работы нагреться до максимально допу-
стимой классом изоляции температуры, т.е. не будет полностью использован по мощно-
сти.
Если выбрать в качестве для электродвигателя охлаждающего насоса главного двигателя ( режим S1 ) двигатель кратковременного режима ( например, S2, 30 мин ), он за короткое время перегреется и выйдет из строя.
При нарушении 3-го условия двигатель окажется либо перегруженным, либо недо-
груженным. Например, если выбирать двигатель, номинальная мощность которого мень-
ше расчётной, он окажется перегруженным. Лучше выбрать двигатель с небольшим запа-
сом по мощности.
Нарушение 4-го условия на практике неизбежно, т.к. трудно выбрать двигатель,
номинальная скорость которого в точности совпадает с расчётной.
В этом случае считают выбор удовлетворительным, если номинальная скорость отличается от расчётной не более чем на ± 5%.
Неодинаковость скоростей электродвигателя и механизма ухудшает условия рабо-
ты как электродвигателя, так и механизма, и может стать причиной аварии электропри-
вода.
Приведем пример. У центробежного насоса его основные параметры напор Н
( м ), подача Q ( м/ час ) и мощность P ( кВт ) прямо пропорциональны соответственно первой, второй и третьей степени частоты вращения:
Н ≡ ω, Q ≡.ω, Р ≡.ω.
Отсюда следует, что если скорость электродвигателя больше номинальной скоро-
сти насоса, например, на 10%, т.е. ω' = 1,1 ω, то новые значения напора, подачи и мощно
сти составят соответственно
Н' ≡ ω' = 1,1 Н,
Q' ≡.( ω') = ( 1,1) Q= 1,21 Q,
Р' ≡.( ω')= ( 1,1 )Р= 1,331 Р,
т.е. напор увеличится на 10%, подача на 21%, а мощность насоса ( равная мощно
сти электродвигателя ) - на 31%.
В результате увеличения напора возможен разрыв трубопровода или повреждение арматуры ( клапанов ), а увеличение мощности, развиваемой электродвигателем, приведет
к перегрузке и последующему его отключению тепловыми реле.
Наоборот, если скорость электродвигателя менше номинальной скорости насоса, например, на 10%, т.е. ω' = 0,9 ω, то новые значения напора, подачи и мощности соста-
вят соответственно
Н' ≡ ω' = 0,9 Н,
Q' ≡.( ω') = ( 0,9) Q= 0,81 Q,
Р' ≡.( ω')= ( 0,9 )Р= 0,729 Р≈ 0,73 Р,
т.е. напор уменьшится на 10%, подача на 19%, а мощность насоса ( равная мощ-
ности электродвигателя ) - на 27%.
В результате уменьшения напора и подачи возможны нарушения в работе системы,
которую „обслуживает” насос. В то же время электродвигатель окажется недогруженным ( недоиспользованным ) по мощности ( это - бальзам на сердце электромеханику ).
Серия это группа или ряд предметов, однородных или обладающих общим приз-
наком ( БСЭ, 1990 г., том 32, стр. 1195 ).
Сериями выпускаются, например, электродвигатели, коммутационно-защитные аппараты ( автоматические выключатели, контакторы, реле и т.п. ), рулевые машины и др.
Соответствующие государственные стандарты устанавливают системы буквенно-цифровых обозначений электрооборудования, в том числе судового.
В качестве примера рассмотрим систему буквенно-цифровых обозначений типораз-
меров асинхронных электродвигателей серии 4А.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей, рассчитанных на применение в различных областях народного хозяйства, в том числе, на судах морского и тралового флота для привода вспомогательных механизмов ( вентиляторов и насосов ), механизмов рыбообрабатывающих цехов рыбопромысловых судов и т. п.
Эта серия охватывает ряд типоразмеров электродвигателей мощностью от 0,06 до 400 кВт.
В серии принята следующая система обозначений:
4А Х Х Х Х Х Х Х
= = = = = = = = ,
1 2 3 4 5 6 7 8
где: 1 обозначение серии ( четвёртая серия асинхронных двигателей );
2 - исполнение двигателя по способу защиты: буква Н исполнение IP23, отсутствие буквы означает исполнение IP44;
3- исполнение асинхронного двигателя по материалу станины и щитов:
А станина и щиты алюминиевые, Х станина алюминиевая, щиты чугунные; отсутствие буквы станина и щиты чугунные или стальные;
4 установочный размер по высоте оси вращения, мм
5 установочный размер по длине станины: буквы S, М или L ( S от “short» - меньший, М от «middle” средний, L от «long” больший );
6 длина сердечника: А меньшая, В большая при условии сохранения
установочного размера; отсутствие буквы означает, что при данном установочном размере ( S, M или L ) выполняется только одна длина сердечника;
7 число полюсов электродвигателя;
8 климатическое исполнение и категория размещения электродвигателя на судне.
Пример. Объяснить значение букв и цифр в обозначении асинхронного электро
двигателя 4АНХ225S4ОМ2.
4А - четвёртая серия асинхронных двигателей;
Н защитное исполнение корпуса типа IP23 ( брызгозащищённое );
Х - станина алюминиевая, щиты чугунные;
225 - высота оси вращения, мм;
S меньший установочный размер по длине станины;
4 число полюсов асинхронного электродвигателя;
ОМ двигатель предназначен для эксплуатации в неограниченных районах плавания;
2 - двигатель предназначен для размещения на открытом воздухе или в помещени-
ях, где колебания температуры и влажности воздуха незначительно отличаются от колеба-
ний на открытом воздухе.
Следует обратиь особое внимание на такой параметр, как установочный размер по высоте оси вращения ( в данном примере это высота оси вращения, равная 225 мм ).
Если высоты осей вращения валов механизма ( например, насоса ) и электродвига-
теля неодинаковы, установка механизма и насоса на общей раме затрудняется.
9. Международная система единиц физических величин
История единиц физических величин насчитывает столько веков, сколько существу
ет «gomo sapiens», т.е. человек разумный ( к этому определению понятию относимся и мы с вами - наверное ).
За три тысячи лет в древнем Египте уже применялись довольно точно установлен-
ные и узаконенные единицы длины, площади и веса. Строительство ирригационных си-
стем, возведение храмов и дворцов, сооружение гигантских пирамид было бы невозможно без измерений.
На протяжении веков возникали, применялись и исчезали разные системы измере-
ния физических величин. В разных странах эти системы были разными. Например, в Анг
лии, США и других англоязычных странах применялась дюймовая система измерения длины, в странах Европы - метрическая
Разнобой и хаос в области измерения физических величин осложнял торговлю от-
дельно взятых стран и тем более международную торговлю. При обмене научно-техниче
ской информацией, изготовлении механизмов и устройств позникали очень серьезные проблемы.
Вопрос о создании Международной системы единиц впервые был поднят еще в 1913 г. на V Генеральной конференции по мерам и весам ( ГКМВ ). Однако подготовка
Международной системы единиц вступила в практическую стадию лишь в середине XX
века и завершилась принятием в 1960 году ныне существующей системы СИ ( System International ) измерения единиц.
В соответствии с действующими стандартами ( ГОСТ 8.417-81 и СТ СЭВ 1052-78 )
установлены три вида единиц: основные, дополнительные ( табл. В.9 ) и производные
( табл. В.10 )
Таблица В.9.
Основные и дополнительные единицы СИ
Величина |
Единица |
|||
Наименование |
Обозначение |
|||
Наименование |
Размерность |
Междуна- родное |
Русское |
|
Длина |
L |
метр |
m |
м |
Масса |
M |
килограмм |
kg |
кг |
Время |
T |
секунда |
s |
с |
Сила электрического тока |
I |
ампер |
A |
А |
Термодинамическая температура |
θ |
кельвин |
K |
К |
Плоский угол |
- |
радиан |
rad |
рад |
Таблица В10.
Производные единицы СИ
Величина |
Единица |
|||
Наименование |
Обозначение |
|||
Наименование |
Размерность |
Междуна- родное |
Русское |
|
Скорость |
LT |
метр в секунду |
m/s |
м/с |
Угловая скорость |
T |
радиан в секунду |
rad/s |
рад/с |
Частота |
LT |
герц |
Hz |
Гц |
Сила, вес |
LMT |
ньютон |
N |
Н |
Давление |
LMT |
паскаль |
Pa |
Па |
Энергия, работа, количество теплоты |
LMT |
джоуль |
J |
Дж |
Мощность, поток энергии |
LMT |
ватт |
W |
Вт |
Момент силы |
LMT |
ньютон-метр |
N*m |
Н*м |
Электрическое на пряжение, элект- рический потенци ал, электродвижу- щая сила |
LMTI |
вольт |
V |
В |
Электрическая емкость |
LMTI |
фарад |
F |
Ф |
Электрическое сопротивление |
LMTI |
ом |
Ω |
Ом |
Электрическая проводимость |
LMTI |
сименс |
S |
См |
Количество электричества |
TI |
кулон |
C |
Кл |
Напряженность электрического поля |
LMTI |
вольт на метр |
V/m |
В/м |
Абсолютная диэлектричеcкая проницаемость |
LMTI |
фарад на метр |
F/m |
Ф/м |
Поток магнитной индукции, магнитный поток |
LMTI |
вебер |
Wb |
Вб |
Магнитная индукция |
LMTI |
тесла |
T |
Тл |
Индуктивность, взаимная индуктивность |
LTI |
генри |
H |
Гн |
Напряженность магнитного поля |
LI |
ампер на метр |
A/m |
А/м |
Абсолютная магнитная проницаемость |
LMTI |
генри на метр |
H/m |
Гн/м |
Десятичные кратные и дольные единицы, а также их наименования и обозначения образуются с помощью множителей, приставок и обозначений, приведенных в таблице В11.
Таблица В11.
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц
Множитель |
Приставка |
Обозначение приставки |
|
Международное |
Русское |
||
10 |
экса |
E |
Э |
10 |
пета |
P |
П |
10 |
тера |
T |
Т |
10 |
гига |
G |
Г |
10 |
мега |
M |
М |
10 |
кило |
k |
к |
10 |
гекто |
h |
г |
10 |
дека |
da |
да |
10 |
деци |
d |
д |
10 |
санти |
c |
с |
10 |
милли |
m |
м |
10 |
микро |
μ |
мк |
10 |
нано |
n |
н |
10 |
пико |
p |
п |
10 |
фемто |
f |
ф |
10 |
атто |
a |
а |
10. Единицы, часто применяемые в судовой электротехнике
Единицы измерения скорости при поступательном движении
При поступательном движении скорость движущихся масс называется «линейная скорость», обозначается латинской буквой «υ» и измеряется в «м/с» ( метр в секунду ) или «м/мин» ( метр в минуту ).Например, скорость подъёма груза электропривода лебёдки υ = = 30 м/мин.
На практике применяют внесистемные ( не соответствующие системе СИ ) едини-
цы измерения скорости, например, километр в час ( км/ч ), узел = 1852 м /ч ( 1852 м дли-
на морской мили ) и др.
Единицы измерения скорости при вращательном движении
При измерении скорости вращающихся масс применяют два наименования скоро-
сти:
1. «частота вращения», обозначается латинской буквой «n» и измеряется в
«об/мин» ( оборот в минуту ). Например, частота вращения двигателя n = 1500 об/мин.
Эта единица скорости внесистемная, т.к. в ней используется внесистемная едини
ца времени, а именно минута ( в системе СИ время измеряется в секундах ).
Тем не менее эта единица до сих пор широко применяется на практике. Например, в паспортных данных электродвигателей скорость вала указывается именно в об/ мин.
2. «угловая скорость», обозначается латинской буквой «ω» и измеряется в
«рад/с» ( радиан в секунду ) или, что одно и то же, с( секунда в минус первой степени ).
Например, угловая скорость электродвигателя ω = 157 с.
Напомним, что радиан вторая, кроме знакомого нам пространственного градуса
( º ), единица измерения углового расстояния, равная 360º / 2π = 360 / 2*3,14 = 57º36' ( пять
десят семь градусов и 36 минут ).
Впервые возникла в расчетах, где часто встречалось число 360º / 2π.
Эта единица скорости системная, т.к. в ней используется системная единица вре-
мени, а именно секунда.
На практике надо уметь быстро переходить от одной единицы скорости к другой и наоборот.
Поэтому выведем соотношение между этими двумя единицами.
Угловая скорость ( через частоту вращения ):
ω = 2 πn / 60 = n / ( 60 / 2 π ) = n / 9,55 ≈ n / 10 ( В.1 ).
Частота вращения ( через угловую скорость ):
n = 60 ω / 2 π = 60 ω / 2*3,14 = 9,55 ω ≈ 10 ω ( В.2 ).
Приведем два примера.
Пример №1.
В паспорте электродвигателя указана номинальная скорость вала n = 1500 об/мин.
Найти угловую скорость вала этого электродвигателя.
Угловая скорость вала
ω =n / 9,55 = 1500 / 9,55 = 157 ≈ 150 с.
Пример №2.
В паспорте электродвигателя указана угловая скорость вала электродвигателя
ω = 314 с.
Найти частоту вращения вала этого электродвигателя.
Частота вращения вала
n = 9,55 ω = 9,55*314 = 3000 ≈ 3140 об/ мин.
Единицы измерения давления
В качестве единицы измерения на судах применяются две единицы:
1. техническая атмосфера ( ат, аt ), при этом 1at = 1 кгс/см( читается так: один ки-
лограмм-сила на квадратный сантиметр );
2. паскаль ( Па, Ра ), при этом 1Па = 1Н/м( читается: один ньютон на квадратный .
метр ).
Поскольку паскаль мелкая единица, на практике применяют более крупную:
1 МПа ( один мегапаскаль ), при этом 1 МПа = 10Па.
Соотношение между этими единицами такое:
1 аt = 1 кгс/см = 9,8*10 Па = 0,098 МПа ≈ 0,1 МПа
1 МПа = 10,204 at ≈ 10 at.
Пример №3.
Давление воды в системе составляет Р = 4 кгс/см( 4 технических атмосферы ). Перевести это давление в мегапаскали.
Р = 4 кгс/см≈ 4*0,1 = 0,4 МПа
Пример №4. Давление воздуха в баллонах пускового воздуха составляет 4 МПа. Перевести это давление в технические атмосферы.
Р = 4 МПа ≈ 4*10 ≈ 40 at.
11. Рекомендации по изучению дисциплины
При работе с конспектом лекций необходимо использовать источники, перечислен-
ные в «Списке литературы» в конце конспекта.
Изучение дисциплины предполагает неуклонное выполнение следующих состав-
ных частей этой работы:
дополнительных занятий и консультаций;
вать материал как во время занятий под руководством преподавателя, так и вне занятий;
3. использование методических указаний для самостоятельной работы по изуче-
нию материала программы и выполнению домашних заданий всех видов;
родных и национальных морских нормативных документов и документов классификаци-
онных обществ ( Регистра, Ллойда, Веритас, и т.п. ).
Контрольные вопросы
рооборудования судов?
объем знаний судовыми механиками электрооборудования судов?
звание этих документов?
ствии с функцией 5 таблиц А-III/1 STCW-78 и CODE-95
7. Когда и благодаря чему произошел переход СЭО с постоянного тока на перемен
ный?
8. Из каких СУ состоит КСУ СТС типа „Залив-М”? Каково назначение каждой
системы?
9. От чего зависит знак автоматизации ( А1, А2 или А3 ) в символе класса судна?
10. Каков объем автоматизации СЭУ для судов классов А1, А2, А3?
11. В каких направлениях будет развиваться СЭО в XXI веке?
12. Каковы условия работы СЭО? Приведите 5 числовых показателей
13. Каковы требования морских нормативных документов к условиям работы СЭО?
14. Как классифицируется СЭО в зависимости от климатических условий района плавания?
15. Как классифицируется СЭО в зависимости от места расположения на судне?
16. Как классифицируется СЭО в зависимости от степени защищенности обслужи-
вающего персонала от соприкосновения с его токоведущими или вращающимися частями и степени защищенности корпуса СЭО от попадания внутрь воды?
17. Приведите примеры судовых служебных и жилых помещений с их краткой характеристикой и степенью защиты
18. Как классифицируется СЭО в зависимости от особых условий работы?
19. Что такое «режим работы электрооборудования»? Какое число режимов работы
электрооборудования устанавливают международные нормативные документы? Приведи-
те их условное буквенно-цифровое обозначение
20. Что такое режим работы электрооборудования S1? Каковы количественные па
раметры этого режима? Какие судовые электроприводы работают в режиме S1?
21. Что такое режим работы электрооборудования S2? Каковы количественные па
раметры этого режима? Какие судовые электроприводы работают в режиме S2?
22. Что такое режим работы электрооборудования S3? Каковы количественные па
раметры этого режима? Какие судовые электроприводы работают в режиме S3?
23. Перечислите условия выбора СЭО для судовых электроприводов
24. Расшифруйте условное буквенно-цифровое обозначение асинхронного двигате
ля типоразмера 4А225М6ОМ2 IP68 ( 4АНХ250S4ОМ2 IP00, 4А160L4ОМ2 IP23,
4А125S4ОМ2 IP44 )
25. Каким образом классифицируются электрические машины по способу монтажа? Приведите примеры
26. Каковы условия выбора электродвигателя для определенного электропривода? К чему приводит нарушение условий? Приведите примеры.
27. Перечислите составные части работы студента с конспектом
РАЗДЕЛ 1. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1. Классификация судового электрооборудования
Электроэнергию, производимую судовыми электростанциями, потребляют много-
численные приемники ЭЭ, в совокупности образующие судовое электрооборудование.
В зависимости от назначения, различают следующие виды судового электрообору
дования:
Электроэнергетические системы предназначены для производства и распреде-
ления электроэнергии. Эти системы состоят из источников электроэнергии дизель- и турбогенераторов, электрораспределительных щитов, а также кабельных и проводных распределительных сетей.
Электрические приводы предназначены для приведения в движение разного рода механизмов.
Различают следующие виды судовых электроприводов:
К последним относят электроприводы:
Гребные электрические установки предназначены для приведения в движение гребного винта ( винтов ).
Различают ГЭУ постоянного, переменного и двойного рода тока. На последних переменный ток сети преобразуется в постоянный ток, который далее полается на гребные электродвигатели постоянного тока. Иначе говоря, в таких ГЭУ используются два рода тока переменный и постоянный, отсюда название установки двойного рода тока.
ГЭУ применяют на судах, где требуется плавное и в широких пределах изменение
скорости движения судна, а также частое изменение направления движения судна посред-
ством реверса гребных электродвигателей ).
К таким судам относятся ледоколы, паромы, транспортные суда ледокольного типа, в том числе с атомными паропроизводящими установками.
Системы контроля предназначены для автоматического сравнения измеряемых параметров, характеризующих контролируемый объект, например, главный двигатель, со значениями этих параметров (уставками), принятыми за нормальные или допустимые. На судах системы контроля объединены с системами управления объектов в единое целое - системами централизованного контроля.
Современные микропроцессорные системы контролируют до нескольких тысяч па
раметров давление, температуру, уровень, скорость и др.
Разновидностью систем контроля являются системы технической диагностики (СТД), которые на основании результатов измерений выдают обобщенные сведения о состоянии объекта, характере неисправностей и способах их устранения. В СТД широко используются вычислительные и логические устройства.
Системы и устройства связи, управления и сигнализации предназначены для обе-
спечения внутрисудовой связи, в основном, при помощи телефонов, дистанционного уп-
равления судовыми объектами, например, главными двигателями из рулевой рубки, и раз-
личных видов сигнализации - служебной, авральной и специальной
К последней относятся системы пожарной и трюмной сигнализации.
Электрическое освещение и электронагревательные приборы предназначены для создания необходимых комфортных условий работы и жизни экипажа.
К приборам электрического освещения относятся светильники с лампами накалива
ния и люминисцентными, осветительные и сигнальные прожекторы и др.
К электронагревательным приборам относят приборы сопротивления электропли
ты, утюги, грелки, калориферы, водо- и маслонагреватели, хлебопекарные печи, котлы для приготовления пищи, а также индукционные ( микроволновые печи ) и радиационные ( лампы инфракрасного излучения ). Последние обеспечивает глубокий прогрев крупных устройств, поэтому их рационально использовать при сушке электрических машин.
2. Расположение основных элементов электрооборудования на судне
Расположение основных элементов электрооборудования на судне небольшого водоизмещения изображено на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема размещения основных элементов электрооборудования на судне:
1 - главный электрораспределительный щит; 2 - главный двигатель; 3 механизм изменения шага винта; 4 - кормовой шпиль; 5 - рулевая машина; 6 - распредели-
тельный щит; 7 - буксирная лебедка; 8 - аварийная электростанция; 9 - распределительный щит сигнально-отличительных огней; 10 - радиорубка; 11 - грузовая ле-
бедка; 12 - носовой шпиль; 13 - подруливающее устройство; 14 - гиропост; 15 -гиро
компас; 16 - генераторная выгородка
Главный электрораспределительный щит 1 ( ГЭРЩ ) расположен в машинном отделении в генераторной выгородке 16. На современных судах ГЭРЩ расположен в ЦПУ ( центральный пост управления ). ЦПУ представляет собой звукоизолированный отсек, в котором размещены пульт управления главным двигателем, блоки систем сигнализации и контроля и др.
Непосредственно от главного распределительного щита получают питание особо
ответственные приемники электроэнергии распределительный щит 6 рулевой машины 5, носовой и кормовой шпили 12 и 4, буксирная лебедка 7, подруливающее устройство боль-
шой мощности 13 с механизмом изменением шага винта 3, гиропост 14, в котором уста
новлен гирокомпас 15, распределительный щит сигнально-отличительных огней 9. На шлюпочной палубе в отдельном помещении находится аварийная электростан-
ции 9, состоящая из аварийного дизель-генератора ограниченной мощности со стартер-
ным ( от батарей ) пуском и аварийного распределительного щита, от которого получают питание радиостанция, находящаяся в помещении радиорубки 10, средства навигации и связи и другие ответственные приемники.
В машинном отделении ( рис. В. 2 ) находятся механизмы, обеспечивающие движе-
ние судна, производство электроэнергии и работу основных судовых систем: пожарной, балластной, осушительной, топливной и др., а также бытовых систем пресной и заборт-
ной воды и др.
Основная часть этих механизмов электрифицирована и потребляет до 80-90% элек-
троэнергии.
Рис. 1.2. Расположение механизмов в машинном отделении:
1. главный двигатель ( main propulsion engine );
2. валоповоротное устройство ( main engine shaft turning device );
3. насос забортной воды охлаждения главного двигателя ( main-engine sea-water cooling pump );
4. насос пресной воды охлаждения главного двигателя ( main-engine fresh-water cooling pump );
5. резервный насос охлаждения главного двигателя ( emergency main engine cooling pump );
6. насос циркуляционной смазки главного двигателя ( main-engine lubricating oil pump );
7. фильтр забортной воды главного двигателя ( main-engine sea-water filter );
8. фильтр масла для главного двигателя ( main-engine lubrication oil filter );
9. топливоподкачивающий насос ( fuel-oil supply pump);
10. испаритель паровой ( steam evaporator );
11 глушитель пускового воздуха главного двигателя ( main-engine starting air damper );
12. питательный насос ( feed water pump );
13. циркуляционный насос утилизационного котла ( hot well circulating pump);
14. вакуумная опреснительная установка ( vacuum evaporating installation );
15. насос перекачки котловой воды ( boiler water transfer pump );
17. подогреватель топлива ( fuel oil neater );
18. сепаратор масла ( lubricating oil separator );
19. подогреватель масла перед сепарацией ( preseparation oil heater );
20. насос перекачки топлива ( fuel oil transfer pump );
21. насос перекачки масла ( lubricating oil transfer pump );
22. насос забортной воды охлаждения вспомогательных механизмов ( auxiliary machinery sea-water cooling pump );
23. насос пресной воды охлаждения вспомогательных механизмов ( auxiliary machinery fresh water cooling pump );
24. резервный насос охлаждения вспомогательных механизмов ( auxiliary machinery emergency cooling pump );
25. ручной топливный насос ( manually operated fuel-oil pump );
26. дизель генератор ( diesel-generator );
27. баллон пускового воздуха ( starting air tank );
28. ящик для ветоши ( waste collector );
29. сепаратор дизельного топлива ( diesel oil separator );
30. стол-верстак иа одно рабочее место ( work table for one person );
32. вентилятор осевой ( axial ventilator );
33. насос пожарный fire ( water pump );
35. осушительно-балластный насос ( bildge pump);
36. насос доочистного фильтра ( prefilter pump );
37. фильтр забортной воды ( sea-water filter );
38. насос санитарной мытьевой воды ( sanitary washing water-pump );
39. пневмоцистерна забортной воды ( pneumatic sea-water intake tank );
40. пневмоцистерна пресной воды pneumatic ( freshwater tank );
41. санитарно-бытовой водонагреватель ( water-heater for domestic needs );
42. насос горячей мытьевой воды ( hot washing water pump );
43. отопительный агрегат ( heating system set );
44. трап подъемный ( ladder );
45. монорельс ( monorail );
46. валовая линия ( propeller shaft tunnel );
47. цистерна сбора шлама ( ash-collecting tank );
48. бачок продувания фильтра ( filter air tank );
49. бачок разбора масла ( service lubricating oil tank );
50. цистерна отстойная дизельного топлива ( diesel oil separating tank );
51. цистерна отстойная для тяжелого топлива ( heavy fuel oil separating tank );
53. бак мерный топливный ( fuel oil measuring tank );
55. цистерна грязного топлива и масла ( used-up fuel-oil and lubricating-oil tank );
56. сепаратор моторного топлива ( diesel oil separator );
57. кингстонный ящик ( sea-valve box );
58. главный трубопровод забортной воды ( main sea-water piping );
59. вентиляционный воздухопровод ( ventilating air-pipe-line );
60. насос охлаждения рефрижераторных машин ( refrigerating engines cooling pump).
3. Основные термины и определения в СЭЭС
В судовой электротехнике, как и в других отраслях народного хозяйства, применя-
ются многочисленные государственные стандарты ( ГОСТ ).
В частности, применение таких стандартов позволяет унифицировать ( сделать од-
нообразными ) основные термины и определения в СЭЭС, что дает возможность судовым специалистам разговаривать на одном, понятном всем таким специалистам, техническом языке.
Приведем основные стандартные термины и определения в СЭЭС.
Судовая электроэнергетическая система - это совокупность судовых электротех
нических устройств, предназначенных для производства, преобразования, распределения электроэнергии и питания ею судовых приемников (потребителей).
Такая система состоит из трех основных частей: судовых электрических станций (основные и аварийные), силовой электрической сети, сети приемников. Сами приемни-
ки в состав СЭЭС не входят.
Судовая электрическая станция - это энергетический комплекс, состоящий из источников электроэнергии и ГРЩ, к которому они подключены.
Источниками электроэнергии на судах являются ГА и АБ. В качестве ГА применя
ют дизель-генераторы, турбогенераторы, валогенераторы ( генераторы с приводом от гребного вала), утилизационные турбогенераторы ( генераторы с приводом от утилиза
ционной турбины).
По назначению источники электроэнергии подразделяют на основные, резервные и аварийные: основные предназначены для работы в любом режиме СЭЭС, резервные - для обеспечения резерва мощности системы, аварийные - для работы в аварийном режиме СЭЭС. На большинстве транспортных судов деление источников электроэнергии на основные и резервные условно, так как резервным генератором может быть любой из основных.
Аварийные источники используют при выходе из строя основных. Они обеспечива
ют электроэнергией наиболее ответственные приемники (средства навигации и связи, освещение, рулевое устройство и др.) и поэтому имеют ограниченную мощность. В качестве аварийных источников применяют ДГ и АБ.
Для передачи электроэнергии от источников к приемникам используют линии электропередачи, состоящие из кабелей, проводов и шин. По способу передачи электроэнергии линии электропередачи подразделяются на фидерные и магистральные.
Фидерная линия электропередачи включается между источником электроэнергии и РЩ или между двумя РЩ, или между РЩ и приемником электроэнергии.
Магистральная линия - это такая линия электропередачи, параллельно с которой по ее длине подключается ряд РЩ и отдельных приемников электроэнергии.
Для распределения электроэнергии используют электрораспределительные щиты, которые подразделяют на главные, аварийные, групповые, электроснабжения с берега и др.
Судовые электрические сети
Совокупность распределительных щитов и линий электропередачи образует элект-
рические сети. Судовые электрические сети подразделяют на силовые, сети приемников и аварийные.
Силовая электрическая сеть начинается от ГРЩ и заканчивается у приемников или преобразователей электроэнергии. Последние служат для преобразования рода тока, частоты или числа фаз; к ним относятся выпрямительные устройства для питания электроприводов и заряда аккумуляторов, вращающиеся или статические преобразователи частоты и др. Силовые электрические сети, в свою очередь, подразделяются на фидерные, магистральные и магистрально-фидерные. В перечисленных сетях для передачи электроэнергии используют соответственно или фидеры, или магистрали, или фидеры и магистрали одновременно.
Сеть приемников - это электрическая сеть, предназначенная для распределения электроэнергии среди одинаковых приемников, а также электрическая сеть, отделенная от силовой сети преобразователями электроэнергии (последние входят в данную сеть). Под одинаковыми понимают приемники, одинаковые по назначению и другим признакам.
Аварийная электрическая сеть предназначена для передачи электроэнергии от аварийного источника к приемникам при выходе из строя линий электропередачи силовой сети или исчезновении напряжения на гаммах ГРЩ.
Режим работы судна (ходовой, маневров, аварийный и др.) определяет количество и мощность включенных приемников электроэнергии, создающих нагрузку СЭЭС. Под последней понимают суммарную потребляемую активную мощность приемников, включенных в данном режиме работы СЭЭС. Нагрузку СЭЭС определяют расчетом или по приборам (выражают в киловаттах или мегаваттах).
Работу приемников в каждом режиме обеспечивают включенные источники электроэнергии, суммарную активную мощность которых называют включенной мощностью СЭЭС. Разность между значениями включенной мощности и нагрузкой называют в к л ю ч е н н ы м р е з е р в о м м о щ н о с т и СЭЭС. С увеличением значения включенного резерва работа СЭЭС становится более надежной, но менее экономичной.
Наиболее напряженные режимы работы СЭЭС обеспечивают несколько источников электроэнергии, включенных на параллельную работу. Различают кратковременную и длительную параллельную работу: кратковременная имеет место при переводе нагрузки с одного источника электроэнергии на другой, длительная - во всех остальных случаях. Если схемой ГРЩ параллельная работа не предусмотрена, то реализу
ется раздельная работа источников электроэнергии.
Каждая СЭЭС характеризуется конфигурацией, структурой, схемой, состоянием, режимами работы, параметрами и показателями.
К о н ф и г у р а ц и я С Э Э С - это топографическое изображение расположения входящих в нее электрических станций, кабельных трасс, шинопроводов, преобразователей, распределительных щитов и приемников электроэнергии (на плане судна или виде сбоку).
С т р у к т у р а С Э Э С - это краткая характеристика основных ее элементов с указанием их основных связей и параметров.
С х е м а С Э Э С - это условное графическое изображение элементов СЭЭС и их связей (структурное, общее или расположения). Отдельные элементы СЭЭС могут изображаться на схемах (принципиальных, функциональных, подключений и соединений).
Состояние СЭЭС может быть нормальным или ненормальным. При нормальном состоянии СЭЭС обеспечивает производство и распределение электроэнергии требуемого качества от основных или резервных источников между приемниками. Отклонение от такого состояния называется ненормальным состоянием СЭЭС (например, КЗ в любой точке системы, перегрузка отдельных элементов, отключение части источников или приемников электроэнергии, недопустимые изменения параметров электроэнергии). К ненормальному состоянию относят и аварийное состояние СЭЭС, при котором основная электростанция обесточена, а производство и распределение электроэнергии между наиболее ответственными приемниками обеспечивает аварийный дизель-генератор.
Р е ж и м р а б о т ы С Э Э С может быть установившимся или переходным. При установившемся режиме СЭЭС работает при постоянных параметрах или медленных их изменениях в заданных пределах. При переходном режиме происходит быстрое изменение параметров и переход от одного установившегося режима к другому.
К п а р а м е т р а м С Э Э С относят напряжение, ток, мощность, частоту, сопротив
ление изоляции, коэффициент мощности и т. д.
О с н о в н ы м и п о к а з а т е л я м и С Э Э С являются надежность и живучесть, качество электроэнергии, масса и габаритные размеры, строительная стоимость, эксплуатационные расходы, уровень автоматизации, уровень унификации и др.
4. Классификация СЭЭС
Классифицируют СЭЭС по следующим признакам:
у с т а н о в л е н н о й м о щ н о с т и ГА - малой ( 0,5-5 МВт ), средней ( 5-10 МВт ) и большой ( свыше 10 МВт ) мощности;
с т е п е н и а в т о м а т и з а ц и и - автоматизированные с дистанционным и программным управлением. Автоматизированные СЭЭС с дистанционным управлением имеют простые средства автоматизации специализированного назначения (например, системы пуска РДГ, устройства синхронизации генераторов и распределения нагрузки). В состав СЭЭС с программным управлением входят общесудовые ЭВМ или, гораздо чаще, узкоспециализированные мини-ЭВМ, позволяющие реализовать сложные законы управления СЭЭС по различным программам в зависимости от режима работы судна;
к о л и ч е с т в у э л е к т р о с т а н ц и й - системы с одной, двумя и большим количеством электростанций;
с в я з и С Э Э С с С Э У - на автономные, с отбором мощности от СЭУ и единые с СЭУ.
Последние 2 признака являются определяющими для структурных схем СЭЭС.
5. Структурные схемы судовых электроэнергетических систем ( СЭЭС )
На структурных схемах СЭЭС показывают основные функциональные части элект-
роэнергетических систем, их назначение и взаимосвязь.
А в т о н о м н ы е С Э Э С имеют автономные, т. е. независимые от СЭУ, источники электроэнергии - ДГ или ТГ. На большинстве транспортных судов автономная СЭЭС состоит из основной и аварийной электростанций (рис. 1.3). Основные генераторы G1-G4 приводятся во вращение дизелями Д или турбинами Т. Приводным двигателем аварийного генератора АГ, по правилам Регистра СССР, должен быть дизель.
Приемники получают от ГРЩ электроэнергию непосредственно ( П1), через РЩ (П2-П6), через понижающий трансформатор Т и РЩ (П7-П8), а также преобразователи электроэнергии - выпрямительное устройство ВУ или тиристорный преобразователь часто
ты ТПЧ.
Рис. 1.3. Структурная схема автономной СЭЭС с одной основной и одной аварийной электростанциями
Электрическая связь между ГРЩ и АРЩ в нормальных режимах работы осуществ
ляется через кабельную перемычку ( 3-жильный кабель ) Х, в рассечке которой находится контакт К мощного контактора. Катушка этого контактора питается непосредственно от шин ГРЩ, поэтому при наличии напряжения на шинах ГРЩ контактор включен и его контакт замкнут. По перемычке электроэнергия передается в направлении от основной электростанции к аварийной. При обесточивании ГРЩ контактор теряет питание и его контакт К, размыкаясь, разъединяет шины АРЩ и ГРЩ.
Одновременно начинается автоматический пуск АДГ с последующим подключени
ем его к шинам АРЩ. Тем самым обеспечивается практически бесперебойное питание от
ветственных приемников П12-П14, подключенных к АРЩ.
Рис. 1.4. Структурная схема СЭЭС Рис. 1.5. Структурная схема единой СЭЭС
с отбором мощности от СЭУ
Отбор мощности от СЭУ может осуществляться применением в составе электро-
станций ВГ и УТГ ( рис. 1.4 ). Валогенераторы приводятся во вращение через механиче-
скую передачу П от судового валопровода или непосредственно от ГД. Применение пере-
дачи вызвано тем, что частота вращения валопровода или ГД в несколько раз меньше но-
минальной частоты вращения выпускаемых промышленностью генераторов.
Утилизационные турбогенераторы УТГ получают пар от УК, использующих тепло
ту отработавших газов ГД.
ВГ могут применяться как на теплоходах, так и на паротурбинных судах, УТГ - только на теплоходах. Практически применение УТГ возможно при мощности ГД свыше 6,5 МВт, валогенераторные установки целесообразно использовать при мощности ГД до 11-15 МВт, при большей мощности экономически оправдано применение комбинированных турбовалогенераторных блоков, включающих ВГ и УТГ.
Основным недостатком систем отбора мощности является зависимость их работы
от частоты вращения гребного вала.
При использовании ВГ на судах с ВФШ изменение скорости судна, т. е. изменение частоты вращения валопровода, приводит к пропорциональному изменению частоты тока и напряжения ВГ. Это затрудняет или делает почти невозможной параллельную работу ВГ с автономными генераторами, а при остановке ГД требует быстрого включения резервного генератора взамен ВГ.
Для стабилизации параметров тока ВГ при изменении скорости судна в пределах 100-70 % номинальной применяют электромеханические и статические тиристорные пре-
образователи, объемные гидропередачи и наиболее совершенные дифференциальные электро- и гидромеханические регулируемые передачи.
На судах с ВРШ конструкция валогенераторной установки упрощается, так как частота вращения валопровода неизменна. УТГ благодаря тепловой инерции УК, а также возможности регулирования расхода пара продолжают нормально функционировать в течение 5-20 мин после остановки ГД.
Рассмотренные системы отбора мощности целесообразно применять на судах, со-
вершающих длительные переходы с постоянной или мало изменяющейся скоростью.
При этом экономится топливо, уменьшается среднегодовая наработка ГА, что увеличивает интервал времени между работами по ТО и ремонту основных генераторов. Все это приводит к снижению эксплуатационных расходов. Разрабатываемые в настоящее время системы глубокой утилизации теплоты позволяют в ходовом режиме полностью обеспечить потребности судна не только в электроэнергии, но и в теплоте.
Е д и н о й С Э Э С называется система, объединенная с СЭУ (рис. 1.5). Единые СЭЭС применяют на судах с электродвижением, на которых от шин ГРЩ питаются как гребные электродвигатели М1 и М2, так и приемники электроэнергии П1-ПЗ. К таким судам относятся плавучие краны, земснаряды и др., на которых значение мощности, потребляемой ГЭУ в ходовом режиме судна, соизмеримо с мощностью, потребляемой технологическим оборудованием во время стоянки. Единые СЭЭС применяют также на некоторых ледоколах, пассажирских и промысловых судах с ВРШ.
6. Структурные схемы судовых электростанций ( СЭС )
Структура СЭС должна обеспечивать параллельную и раздельную работу генерато-
ров, прием питания с берега, защиту генераторов и линий электропередачи от токов КЗ, возможность снятия напряжения на отдельных секциях ГРЩ при ТО и ремонте, а также экономичную работу электростанции. Современные суда имеют разнообразные структурные схемы СЭС, которые можно свести к двум типам:
1. с одной системой сборных шин;
2. с двумя системами сборных шин.
На большинстве транспортных судов с мощностью электростанции до 3 МВт и напряжением 400 В применяют СЭС с о д н о й с и с т е м о й сборных шин (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Структурная схема СЭС с одной системой сборных шин
Система состоит из секций I-V. Секции I, II служат для подключения генераторов G1-G4 и наиболее ответственных приемников. При помощи секционного автоматического выключателя QS1 можно осуществлять раздельную или параллельную работу генераторов в разных сочетаниях. Переключатель QS2 обеспечивает поочередное подключение к секции I или II распределительной секции III, от которой питаются приемники, работающие в основном на стоянке. Через автоматический выключатель QF6 возможно снабжение судна электроэнергией с берега. Приемники напряжением 220 В (электрона-
гревательные приборы, освещение и др.) получают электроэнергию от секций IV и V.
Если секционный выключатель QS3 включен, возможна параллельная или поочередная работа трансформаторов Т1 и Т2 на объединенные шины секций IV и V.
Наличие секционных аппаратов QS1- QS3 позволяет снимать напряжение с любой секции при ТО.
На большинстве транспортных судов СЭС имеют 3…4 основных ГА, для каждого из которых выделяется отдельная секция шин в средней части ГРЩ, а крайние секции используются для приемников электроэнергии. Для коммутации секций применяют как АВ, так и разъединители. Последние представляют собой рубильники без дугогашения и не допускают размыкания шин под нагрузкой.
При мощности СЭС свыше 3 МВт и невозможности размещения на судне несколь
ких электростанций применяют СЭС с двумя системами сборных шин, электрически не-
связанных между собой (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Структурная схема СЭС с двумя системами сборных шин
Приемники электроэнергии равномерно распределены между обеими системами. Группа приемников П1 (например, научное оборудование) питается от верхней системы шин, а общесудовые приемники П2 - от нижней. Подобная система высоконадежна, маневренна в работе и удобна при ремонте. Однако двойной комплект АВ для каждого генератора увеличивает размеры ГРЩ и удорожает стоимость судовой электростанции.
Кроме приведенных выше схем, возможны иные варианты построения структур-
ных схем cудовых электростанций ( рис. 1.8 ).
Рис. 1.8 . Структурные схемы судовых электростанций транспортных судов
На рис. 1.8 изображены:
а ) СЭЭС с тремя ДГ и одним АДГ ( рис. 1.8, а );
б ) СЭЭС с тремя ДГ, одним ТГ и одним АДГ ( рис. 1.8, б );
в ) СЭЭС с четырьмя ДГ и одним АДГ( рис. 1.8, в ).
Там же:
1, 2 соответственно основные и резервные приемники электроэнергии ходового
режима;
3 фидер электроснабжения с берега;
4 приемники стояночного режима;
5 приемники освещения;
6 бытовые приемники электроэнергии.
7. Параметры СЭЭС
К основным параметрам СЭЭС относят род тока, частоту и напряжение.
Род тока
Р о д т о к а оказывает значительное влияние на особенности и свойства СЭЭС. На современных судах применяют 3-фазный переменный ток и только в отдельных случаях для питания специальных приемников используют постоянный ток. Это объясняется тем, что электрооборудование переменного тока лучше обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к судовым электроустановкам.
Основными приемниками электроэнергии на судах являются электродвигатели, по-
требляющие до 80 % вырабатываемой электроэнергии.
Асинхронные 3-фазные электродвигатели по сравнению с двигателями постоянно
го тока имеют меньшие массу (на 30-40 %), габаритные размеры (на 20-30 %) и стоимость (в 2-4 раза), более надежны, требуют меньших эксплуатационных расходов.
Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, однако на большинстве судов 70-80 % механизмов не требуют плавного регулирования частоты вращения.
В ЭП, где необходимо регулирование частоты вращения (грузовые лебедки, краны, якорно-швартовные устройства), применяют 2- и 3-скоростные АД с короткозамкнутым, реже - с фазным роторами. Внедрение на судах тиристорных преобразователей частоты позволит обеспечить плавное и экономичное регулирование частоты вращения ЭП пере-
менного тока.
Распределительные устройства постоянного и переменного тока по массе, разме-
рам и стоимости примерно одинаковы.
Линии электропередачи переменного тока несколько больше по суммарной массе, объему и стоимости, чем постоянного тока, так как на переменном они выполняются в основном 3-жильными кабелями, а на постоянном -2-й 1-жильными.
Внедряемая на судах аппаратура автоматического управления электроприводами с бестоковой и бесконтактной коммутацией на базе полупроводниковых приборов проще, надежней по сравнению с аппаратурой на постоянном токе и требует минимальных затрат на уход и обслуживание.
Частота переменного тока
Ч а с т о т а п е р е м е н н о го тока на большинстве судов составляет 50 Гц, а на некоторых судах иностранной постройки - 60 Гц. Переход на повышенную частоту позво
ляет снизить массу и размеры СЭО. Так, при частоте 400 Гц суммарная масса и размеры всех элементов СЭЭС вместе с приемниками электроэнергии в 2-3 раза меньше, чем при частоте 50 Гц. Поэтому СЭЭС повышенной частоты (400 Гц) используют на судах, где массогабаритные показатели являются решающими - это суда на подводных крыльях и воздушной подушке.
Повышение частоты СЭЭС транспортных судов проблематично по ряду причин. Электрические машины, трансформаторы и электромагнитные аппараты при частоте 400 Гц по сравнению с частотой 50 Гц создают более высокий уровень шума и радиопомех, имеют большую стоимость и меньшую надежность.
Опыт эксплуатации АД при частоте 400 Гц и с частотами вращения 6000 и 8000 об/мин показал, что упомянутые АД не могут быть использованы для большой группы судовых электроприводов с частыми пусками (грузовых лебедок, кранов и др.). Это объяс
няется увеличением времени разгона до номинальной частоты вращения и высокими тем
пературными напряжениями в АД при разгоне.
Напряжение
Н а п р я ж е н и е С Э Э С большинства транспортных судов составляет 380 В.
Увеличение напряжения существенно уменьшает массу кабелей и кабельных трасс вследствие уменьшения площади поперечного сечения, так как с ростом напряжения уменьшается ток, передаваемый по кабелю.
Вместе с тем с увеличением напряжения увеличиваются токи КЗ, растут масса и размеры РУ, повышается опасность поражения обслуживающего персонала электриче-
ским током.
Поэтому окончательному выбору значения напряжения должно предшествовать сравнение технико-экономических показателей нескольких вариантов СЭЭС с разными напряжениями.
В настоящее время разрабатывается коммутационно-защитная аппаратура с повы
шенной коммутационной способностью и устойчивостью к токам КЗ. Это в сочетании с токоограничивающими фидерными и секционными реакторами позволит увеличить напряжение до 6,3 кВ и мощность СЭЭС до 36 МВт.
Уровни напряжений на судах
Правила Регистра устанавливают следующие значения напряжений переменного и постоянного тока:
для источников электроэнергии ( генераторов, преобразователей ) - 400 и 230 В при частоте 50 Гц, 460 и 270 В при частоте 60 Гц, 230 В на постоянном токе;
для приемников электроэнергии - 380, 220, 42, 24 и 12 В при частоте 50 Гц, 250 В при частоте 60 Гц, 220, 24 и 12 В на постоянном токе.
Уровень применяемого напряжения зависит от назначения приемника электроэнер-
гии. Для силовых приемников, цепей управления, нагревательных и отопительных прибо-
ров служебных помещений используют напряжение 380 В.
Напряжение 220 В переменного и постоянного тока применяют для отопительных приборов в каютах, освещения, сигнализации, розеток в сухих помещениях.
Переносные инструменты и ручные пульты управления выполняют на напряжение 42 В переменного и 24 В постоянного тока.
В помещениях с повышенной влажностью применяют переносные светильники напряжением 24 В, а в особо сырых - напряжением 12 В переменного и постоянного тока.
В специальных электрических установках (гребные и др.) Правила Регистра допу-
скают применение напряжения до 11 кВ переменного и до 1,2 кВ постоянного тока.
8. Качество электроэнергии, производимой СЭЭС
К а ч е с т в о э л е к т р о э н е р г и и - это совокупность свойств электроэнергии, обусловливающих ее пригодность для нормальной работы судовых приемников. Приемники потребляют электроэнергию от судовых источников непосредственно или через преобразователи. Качество электроэнергии оказывает существенное влияние на режимы работы приемников, источников и линий электропередачи. Поэтому упомянутое качество характеризуют показателями, перечень которых и допустимые значения большинства из них установлены Правилами Регистра СССР.
П о к а з а т е л и к а ч е с т в а электроэнергии определяют в период швартовных и ходовых испытаний отдельно для установившихся и переходных режимов.
В установившемся режиме работы показатели (%) качества электроэнергии следу
ющие:
длительное отклонение напряжения ΔU - относительная разность между фактическим U и номинальным Uзначениями напряжения:
ΔU = [( U - U) / U]*100 ( 1.1 );
длительное отклонение частоты Δf - относительная разность между фактическим
f и номинальным f значениями частоты:
Δ f = [( f - f ) / f ]*100 ( 1.2 );
коэффициент kискажения синусоидальности кривой напряжения - отношение квадратного корня из суммы квадратов действующих значений высших гармонических составляющих напряжения U ν к действующему значению основной гармонической составляющей U:
k= [ ]100 ( 1.3 );
коэффициент k несимметрии (небаланса) напряжения в 3-фазной системе - относительная разность между максимальным U и минимальным U min значениями линейного напряжения:
k = [(U - U min) / U]100 ( 1.4 );
В переходных режимах показатели (%) качества электроэнергии следующие:
кратковременное отклонение напряжения Δ U - относительная разность между минимальным U min или максимальным U и номинальным U значениями напряжения:
- Δ U= [(U min - U ) / U ]100 ( 1.5 );
+ Δ U= [(U - U ) / U ]100 ( 1.6 );
кратковременное отклонение частоты Δ f - относительная разность между мини
мальным f min или максимальным f и номинальным f значениями частоты:
- Δ f = [( f min - f) / f ]100 ( 1.7 );
+ Δ f = [( f - f ) / f ]100 ( 1.8 ).
О с н о в н ы е п р и ч и н ы от к л о н е н и я напряжения частоты заключаются в ограниченной мощности СЭЭС и несовершенстве АРН и АРЧ.
Эти отклонения изменяют режим работы приемников электроэнергии. Например,
при снижении напряжения сети до U = 0,95 U вращающий момент АД уменьшается на 10 %, а потребляемый ток увеличивается на 11 %. Колебания напряжения могут вы-
звать ложные срабатывания защитных устройств источников и приемников электроэнер
гии, настроенных на номинальное напряжение.
Колебания частоты тока приводят к практически пропорциональным изменениям частоты вращения ТАД и сопряженных с ними механизмов.
Искажение синусоидальности кривой напряжения обусловлено влиянием как источ
ников, так и приемников электроэнергии. В СГ это искажение объясняется невозможно-
стью получения на практике распределения магнитной индукции в воздушном зазоре по синусоидальному закону. Напомним, что для получения синусоидальной ЭДС генератора увеличивают зазор под краями полюсов.
В специфических группах приемников электроэнергии, таких, как статические пре-
образователи частоты, искажение синусоидальности кривой напряжения объясняется ис-
пользованием в них нелинейных элементов - полупроводниковых диодов, тиристоров и др. Работа этих приемников связана с образованием несинусоидальных токов, замыкаю-
щихся через СГ и линии электропередачи. Возникающие высшие гармонические составляющие тока вызывают дополнительный нагрев СГ, электродвигателей и линий электро-
передачи, уменьшение вращающего момента АД и приводят к сбоям в работе устройств электроавтоматики.
Один из путей подавления высших гармоник - применение мощных фильтров L и LС-типов.
Несимметрия напряжения в 3-фазных системах обусловлена наличием 1-фазных приемников электроэнергии, основную часть которых составляют светотехнические при
боры. Упомянутая несимметрия проявляется как дополнительное увеличение отклонений напряжения и неблагоприятно сказывается на работе АД и особенно радиоэлектронной аппаратуры.
9. Приемники электроэнергии СЭЭС
Основные сведения
Приемник электроэнергии - это устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии в другой вид энергии.
Приемники электроэнергии обеспечивают безопасность плавания, безаварийную работу энергетической установки, сохранность грузов и нормальные бытовые условия экипажа. На многих судах - лихтеровозах, ледоколах, паромах, земснарядах, плавкранах - электроэнергия применяется для привода гребных винтов и специальных технологических механизмов.
Классификация приемников электроэнергии
Приемники электоэнергии классифицируют по трем основным признакам:
1. назначению;
2. степени важности ( ответственности );
3. режиму работы.
По н а з н а ч е н и ю приемники электроэнергии делят на следующие группы:
средства навигации и связи - гирокомпас, лаг, эхолот, радиолокаторы, радиопелен
гаторы, радиостанция;
механизмы судовых систем и устройств - насосы, вентиляторы, компрессоры;
палубные механизмы - грузовые лебедки и краны, рулевое устройство, брашпили, шпили, автоматические швартовные лебедки;
бытовые механизмы и приборы - климатическая установка, оборудование камбуза, прачечной;
электрическое освещение.
По с т е п е н и в а ж н о с т и приемники электроэнергии подразделяют на 3 группы:
особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей. К ним относятся радио- и навигационное оборудование в соответствии с Правилами по конвенционному оборудованию морских судов, рулевое устройство, пожарный насос, аварийное освещение и др. На грузовых судах валовой вместимостью 300 рег. т и более, а также на некоторых других судах приемники этой группы питаются практически бесперебойно от основной, а при ее обесточивании - от аварийной электростанции;
ответственные приемники, обеспечивающие работу СЭУ, управление судном и сохранность груза. В эту группу входит основная часть судовых приемников электроэнергии - насосы, вентиляторы, компрессоры, якорные и швартовные механизмы, грузовые устройства, средства внутрисудовой связи и сигнализации и др. Эти приемники получают питание во всех режимах работы основной СЭС;
малоответственные приемники, допускающие перерыв питания в аварийных ситуациях или при перегрузке СЭС - бытовая вентиляция, камбузное оборудование и др.
По р е ж и м у р а б о т ы различают приемники электроэнергии с продолжитель-
ным S1, кратковременным S2, повторно-кратковременными S3-S5 и перемежающимися S6-S8 режимами.
В продолжительном режиме работают ЭП насосов постоянной подачи, вентилято-
ров, компрессоров, воздуходувок и др.; в кратковременном - ЭП шпилей, брашпилей, шлюпочных и траповых лебедок; в повторно-кратковременных - грузовые лебедки и краны; в перемежающихся - технологическое оборудование судов технического флота.
Основную полю производимой электроэнергии на судах потребляют ЭД. Для ЭП постоянного тока, работающих в продолжительном режиме, применяют электродвигатели общесудового исполнения серий П и 2П в диапазонах мощностей 0,1 - 200 кВт и частот вращения 750-3000 об/мин для серии П и 750-4000 об/мин для серии 2П.
Для ЭП переменного тока используют асинхронные электродвигатели серии 4А в диапазонах мощ
ностей 0,1 - 315 кВт с пятью уровнями синхронных частот вращения ( 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин).
Для приемников кратковременного и повторно-кратковременного режимов с большой частотой включений, тяжелыми условиями пуска и частыми реверсами на постоянном токе применяют электродвига
тели серии ДПМ мощностью до 100 кВт, серии Д800 мощностью 120-350 кВт и серии ДП мощностью 136-540 кВт, а на переменном токе -асинхронные электродвигатели серии МАП в диапазоне мощностей 1-100 кВт.
Электродвигатели серии 2П могут питаться от тиристорных преобразователей постоянного тока, серии МАП в специальном исполнении от тиристорных преобразователей частоты с регулируемой частотой в пределах 5-80 Гц для 1-скоростных и 5-20 Гц для обмоток малой скорости 2- и 3-скоростных ЭД.
Электродвигатели серии ВМАП являются взрывозащищенной модификацией электродвигателей серии МАП, устанавливаются в судовых помещениях, где возможно образование взрывоопасных смесей газов и паров, и выдерживают до 20 внутренних взрывов без утраты работоспособности.
Эксплуатационные качества приемников электроэнергии
Э к с п л у а т а ц и о н н ы е к а ч е с т в а приемников электроэнергии оказывают существенное влияние на режим работы СЭЭС.
Прямой пуск АД при недостаточной суммарной мощности включенных генерато-
ров приводит к понижению частоты тока и провалам напряжения, что может повлечь выпа
дение генератора из синхронизма, остановку ПД генератора, а также отключение работаю
щих машин и механизмов. Для ограничения пусковых токов АД применяют пуск переклю
чением со "звезды" на "треугольник", а также автотрансформаторный, реакторный и дру-
гие способы пуска.
Асинхронные электродвигатели, работающие с недогрузкой, перегружают сеть и генераторы реактивными токами, не позволяя использовать полностью мощность генера-
торов. Эффективным способом компенсации реактивной мощности является применение конденсаторных батарей с автоматическим регулированием емкости, подключаемых к шинам СЭС.
Не выключенные вовремя приемники ЭЭ перегружают судовую электростанцию и линии электропередачи, снижают степень электро- и пожаробезопасности.
1. Перечислите основные типы СЭО
2. Перечислите условия работы СЭО
3. Какие нормативные документы определяют условия производства и эксплуата-
ции СЭО?
4. Что такое Регистр? Каковы функции Регистра?
5. Перечислите требования нормативных документов к характеристикам СЭО
6. Перечислите требования нормативных документов к конструкции СЭО
7. Каким образом классифицируется СЭО в зависимости от климатических условий
плавания?
8. Каким образом классифицируется СЭО в зависимости от места расположения на судне?
9. Каким образом классифицируется СЭО в зависимости от степени защищенности
обслуживающего персонала и корпусов СЭО?
10. Каковы назначение и состав СЭЭС?
11. Перечислите источники электроэнергии, применяемые на судах.
12. Каким образом классифицируются электрораспределительные щиты?
13. По каким признакам классифицируются СЭЭС?
14. В чем состоит различие автономных, с отбором мощности от СЭУ и единых с СЭУ электроэнергетических систем?
15. Каковы возможные режимы работы СЭС с одной системой сборных шин?
16. Каковы достоинства и недостатки СЭО постоянного и переменного тока?
17. Почему СЭС с повышенной частотой тока нашли ограниченное применение?
18. По каким признакам классифицируются судовые приемники электроэнергии?
19. Каким образом эксплуатационные качества приемников электроэнергии влияют на режим работы СЭС? Приведите примеры.
20. Перечислите показатели качества ЭЭ
21. Поясните понятие «приемник электроэнергии». По каким признакам характери-
зуются приемники ЭЭ?
22. В чем состоит разница между особо ответственными, ответственными и неответ
ственными приемниками ЭЭ? Каким образом снабжаются электроэнергией эти три кате-
гории приемников?
23. Как влияют эксплуатационные качества приемников ЭЭ на режим работы судо-
вой электроэнергетической установки?
2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ СЭЭС. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ
1. Режимы работы судна
Правильный выбор мощности и количества ГА судовой электростанции позволяет обеспечить бесперебойное и экономичное снабжение приемников электроэнергией заданного качества. Нагрузка СЭС, создаваемая приемниками, не является постоянной, а зависит, в основном, от режима работы судна. Поскольку работу СЭО в каждом режиме работы судна обеспечивает СЭЭС, названия режимов работы судна и работы СЭЭС одина
ковы.
Для морских и речных судов Правилами Регистра Украины установлены следующие режимы работы судна, а значит, и СЭЭС:
опасность плавания судна условий при работе основных источников электроэнергии;
4. другие режимы в соответствии с назначением судна.
Такими режимами являются:
1. для транспортных судов - стоянка без грузовых операций и стоянка с грузовыми операциями;
2. пассажирских судов - стоянка без пассажиров и стоянка с пассажирами;
3. судов технического флота - стоянка без работы технологического оборудования и стоянка с его работой;
4. ледоколов - стоянка и ход во льдах;
5. буксиров - стоянка и ход с буксировкой.
Режим работы судна определяет основные группы включенных в любой момент времени приемников электроэнергии.
В х о д о в о м режиме включены приемники, обеспечивающие работу СЭУ, средств навигации и связи, а также создающие нормальные бытовые условия экипажа.
В режиме м а н е в р о в, возникающих при проходе узкостей, входе в порт и выходе из него, перешвартовке и т. д., работают все приемники ходового режима и дополнительно могут быть включены ЭП брашпиля, шпиля и компрессора пускового воздуха ГД. Однако при комплектации СЭС этот режим обычно не учитывают вследствие его непродолжительности, а также из-за того, что на маневрах для обеспечения максимальной безопасности плавания всегда включают резервный ГА.
В режиме с т о я н к и б е з г р у з о в ы х о п е р а ц и й включены приемники, удовлетворяющие нужды экипажа, обеспечивающие работу приводных двигателей ГА, механизмов вспомогательного котла и др.
В режиме с т о я н к и с г р у з о в ы м и о п е р а ц и я м и дополнительно включа-
ются грузовые лебедки или ( и ) краны.
В а в а р и й н о м режиме с работой основных источников электроэнергии нагруз-
ка СЭС увеличивается, так как к приемникам электроэнергии, обеспечивающим ходовой режим, добавляются новые. Например, тушение пожара нередко связано с поступлением больших объемов воды внутрь отсеков и судовых помещений, поэтому одновременно с пожарными насосами могут быть включены также балластные и осушительные. При этом нагрузку СЭС можно частично уменьшить путем отключения малоответственных приемников. В случае необходимости включают резервный генератор.
В а в а р и й н о м р е ж и м е с работой аварийного источника электроэнергии от АРЩ, в течение 18 часов получают питание особо ответственные приемники, обеспечива
ющие безопасность экипажа в случае аварии, вызвавшей прекращение работы основных источников электроэнергии: аварийное освещение, средства навигации и связи; пожарный насос; сигнально-отличительные фонари сигнала «Не могу управляться», системы сигнали
зации обнаружения пожара и др.
2. Режимы работы приемников электроэнергии
В каждом эксплуатационном режиме приемники могут работать непрерывно, перио
дически и эпизодически.
Н е п р е р ы в н о работающими приемниками считаются многократно или одно
кратно включаемые приемники, время работы которых составляет 70-100 % продолжи-
тельности режима (17-24 ч в сутки). К ним относятся ЭП масляных, топливных, охлаждающих, конденсатных насосов, вентиляторов МО и грузовых трюмов и т. д.
К п е р и о д и ч е с к и работающим приемникам относятся многократно включае-
мые приемники, суммарное время работы которых находится в пределах 15- 70 % продол-
жительности режима (3,5-17 ч в сутки). К ним относятся ЭП питательных насосов вспомо-
гательного котла, санитарных насосов, компрессоров и т. д., периодически включаемые для поддержания и регулирования уровня, давления, температуры.
Э п и з о д и ч е с к и работающие приемники - это однократно или многократно включаемые приемники, суммарное время работы которых менее 15 % продолжительно
сти режима (не более 3,5 ч в сутки). Как правило, момент включения этих приемников можно заранее устанавливать. К ним относятся ЭП балластных, осушительных, пожарных насосов (при использовании последних для скатывания палубы) и др.
Нагрузка СЭС в любой момент времени определяется количеством и мощностью включенных приемников электроэнергии, что в свою очередь зависит не только от режима работы судна, но и от района плавания, времени года, состояния моря, характера выполняемых технологических процессов и т. д.
Таким образом, характер изменения нагрузки СЭС относится к категории случайных процессов, описание которых проводится с использованием математического аппарата теории вероятностей.
3. Методы определения мощности СЭС
3.1. Основные сведения
К основным методам определения мощности СЭС относятся вероятностные, статического моделирования, аналитический и табличный.
В е р о я т н о с т н ы е методы в свою очередь подразделяют на следующие: статистических испытаний, массового обслуживания и числовых характеристик.
Метод статистических испытаний позволяет получить наибольшее и вероятные промежуточные значения мощности СЭС непосредственно в виде чисел. Для этого состав
ляют вероятностную модель задачи, решение которой с изменяемыми по случайному закону исходными данными многократно повторяют на ЭВМ. При этом заранее ограничиваются небольшим числом и диапазоном изменения параметров, которые оказывают наибольшее влияние на мощность СЭС.
Метод массового обслуживания применяют при расчете относительно несложных по построению СЭС с ограниченным числом приемников, нагрузка которых в основном изменяется ступенчато.
Метод числовых характеристик более универсален, его используют для расчета СЭС с большим числом приемников и произвольным характером изменения нагрузки.
Метод с т а т и ч е с к о г о моделирования основан на применении вычислитель
ных машин для построения статической модели, воспроизводящей схему замещения СЭС. Каждый элемент такой модели соответствует элементу реальной СЭС: источнику ЭДС, трансформаторам, активным, индуктивным и емкостным сопротивлениям и др. Элементы модели могут соединяться по разным схемам, а их параметры - регулироваться в широких пределах. Соответствующие электроизмерительные приборы позволяют определять значе
ния токов, напряжений, мощностей в различных точках схемы замещения. Статические модели применяют, в основном, для расчета установившихся режимов работы СЭС.
Аналитический метод расчета нагрузки разработан на основе обобщения статисти-
ческих материалов по эксплуатации электростанций ряда серий построенных судов.
В инженерной практике до настоящего времени широко применяют табличный (детерминированный) метод расчета нагрузки, при котором нагрузка СЭС определяется отдельно в каждом характерном режиме работы судна.
3.2. Табличный метод определения мощности СЭС
Этот метод так назван потому, что для определения мощности СЭС используется таблица нагрузок СЭС ( таблица 2.1 ).
Таблица нагрузок предназначена для расчета нагрузки судовой электростанции в каждом из режимов работы судна ( электростанции ), предусмотренных Правилами Реги-
стра для данного типа судна.
Примерный вид таблицы приведен ниже ( таблица 2.1 ).
Таблица 2.1. ( левая часть )
Таблица нагрузок судовой электростанции
Наименование приемников электроэнергии |
Исходные данные |
|||||
n, шт. |
Р, кВт |
Р, квт |
cos φ |
η, % |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
Рулевое устройство |
2 |
35 |
38 |
0,86 |
88 |
2 |
Брашпиль |
1 |
50 |
52 |
0,89 |
90 |
3 |
Шпиль |
1 |
38 |
41 |
0,88 |
89 |
4 |
Краны грузовые |
4 |
40 |
43 |
0,88 |
90 |
5 |
Лебедки грузовые |
8 |
34 |
37 |
0,85 |
88 |
6 |
Вентиляторы трюмов |
16 |
6 |
7 |
0,78 |
86 |
7 |
Насосы пресной воды главного двигателя |
2 |
26 |
28 |
0,82 |
88 |
8 |
Насосы забортной воды главного двигателя |
2 |
30 |
31 |
0,85 |
86 |
9 |
Топливные насосы главного двигателя |
2 |
18 |
19 |
0,8 |
76 |
10 |
Масляные насосы главного двигателя |
2 |
20 |
22 |
0,82 |
78 |
11 |
Насосы пресной воды вспом. двигателей |
2 |
20 |
22 |
0,82 |
78 |
12 |
Насосы забортной воды вспом. двигателей |
2 |
6 |
7 |
0,78 |
80 |
13 |
Топливные насосы вспом. двигателей |
2 |
8 |
9 |
0,79 |
82 |
14 |
Масляные насосы вспом. двигателей |
2 |
4 |
5 |
0,69 |
68 |
15 |
Главный компрессор |
1 |
45 |
47 |
0,89 |
90 |
16 |
Подкачивающий компрессор |
1 |
26 |
28 |
0,82 |
88 |
17 |
Компрессор хозяйственных нужд |
1 |
6 |
7 |
0,78 |
80 |
18 |
Насосы топливоперекачивающие |
2 |
7 |
9 |
0,79 |
82 |
19 |
Сепараторы топлива |
2 |
8 |
9 |
0,79 |
82 |
20 |
Сепараторы масла |
2 |
6 |
7 |
0,78 |
80 |
21 |
Валоповоротное устройство |
1 |
12 |
14 |
0,79 |
74 |
22 |
Насосы санитарной воды |
2 |
5 |
6 |
0,75 |
78 |
23 |
Насосы бытовые пресной воды |
2 |
6 |
8 |
0,78 |
80 |
24 |
Питательные насосы котлов |
2 |
4 |
5 |
0,69 |
68 |
25 |
Циркуляционные насосы котлов |
2 |
5 |
7 |
0,78 |
80 |
26 |
Вентиляторы машинного отделения |
6 |
15 |
17 |
0,79 |
75 |
27 |
Вентиляторы котельного отделения |
2 |
12 |
14 |
0,79 |
75 |
28 |
Пожарные насосы главные |
2 |
50 |
52 |
0,89 |
90 |
28 |
Пожарный насос вспомогательный |
1 |
25 |
27 |
0,82 |
88 |
29 |
Насосы балластные |
2 |
40 |
42 |
0,88 |
90 |
30 |
Насосы осушительные |
2 |
36 |
38 |
0,86 |
88 |
31 |
Компрессор системы кондиционирования |
2 |
28 |
30 |
0,84 |
87 |
32 |
Насосы системы кондиционирования |
2 |
14 |
16 |
0,8 |
74 |
33 |
Вентиляторы системы кондиционирования |
2 |
6 |
8 |
0,79 |
81 |
34 |
Камбузные плиты |
1 |
4 |
3 |
1,0 |
100 |
35 |
Электродвигатели камбуза |
3 |
3 |
4 |
0,65 |
65 |
36 |
Электропечь хлебопекарная |
1 |
6 |
6 |
1,0 |
100 |
37 |
Рефрижераторная установка |
5 |
4 |
5 |
0,65 |
68 |
38 |
Радиооборудование |
1 |
10 |
12 |
0,74 |
72 |
39 |
Электронавигационные приборы |
3 |
4 |
5 |
0,69 |
68 |
40 |
Электродвигатели мастерской |
3 |
4 |
5 |
0,69 |
68 |
41 |
Освещение ( лампы накаливания ) |
50 |
50 |
1 |
100 |
|
42 |
Освещение ( люминисцентные лампы ) |
38 |
38 |
0,9 |
100 |
|
43 |
Другое моторное оборудование |
200 |
220 |
0,8 |
88 |
|
… |
||||||
… |
||||||
… |
||||||
A |
Cуммарная активная Р = и реактивная Q = мощности периодически и непрерывно работающих приемников |
|||||
B |
То же, с учетом коэффициента одновременности режима Р= kР и Q= k Q |
|||||
C |
То же, с учетом потерь в линии: активная Р= k Р, реактивная Q= Q и полная S = мощности |
|||||
D |
Средневзвешенный коэффициент мощности режима cos= Р/ S |
Таблица 2.1. ( правая часть )
Таблица нагрузок судовой электростанции
|
Ходовой режим |
Режим маневров и др. |
|||||||||||
Режим работы |
m |
k |
k |
η |
cosφ |
Общая потребляемая мощность |
Режим работы |
m |
k |
k |
|||
Р, кВт |
Q, кВАр |
||||||||||||
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20... |
|
1 |
|||||||||||||
2 |
|||||||||||||
3 |
|||||||||||||
4 |
|||||||||||||
5 |
|||||||||||||
6 |
|||||||||||||
7 |
|||||||||||||
8 |
|||||||||||||
9 |
|||||||||||||
10 |
|||||||||||||
11 |
|||||||||||||
12 |
|||||||||||||
13 |
|||||||||||||
14 |
|||||||||||||
15 |
|||||||||||||
16 |
|||||||||||||
17 |
|||||||||||||
18 |
|||||||||||||
19 |
|||||||||||||
20 |
|||||||||||||
21 |
|||||||||||||
22 |
|||||||||||||
23 |
|||||||||||||
24 |
|||||||||||||
25 |
|||||||||||||
26 |
|||||||||||||
27 |
|||||||||||||
28 |
|||||||||||||
29 |
|||||||||||||
30 |
|||||||||||||
31 |
|||||||||||||
32 |
|||||||||||||
33 |
|||||||||||||
34 |
|||||||||||||
35 |
|||||||||||||
36 |
|||||||||||||
37 |
|||||||||||||
38 |
|||||||||||||
39 |
|||||||||||||
40 |
|||||||||||||
41 |
|||||||||||||
42 |
|||||||||||||
43 |
|||||||||||||
… |
|||||||||||||
… |
|||||||||||||
… |
|||||||||||||
A |
Р |
Q |
|||||||||||
B |
P |
Q |
|||||||||||
C |
Р |
Q |
|||||||||||
S |
|||||||||||||
D |
cosφ |
Колонки таблиц заполняются так:
В колонку 8 вносят суммарную мощность, потребляемую всеми электродвигателя-
ми данного приемника из сети, которую рассчитывают по формуле
= ( Р/ η) n ( 2.1 ),
где: Р- номинальная мощность двигателя, кВт ( колонка 5 );
η- номинальный КПД двигателя ( колонка 7 ), выраженный в относитель-
ных единицах ( для чего значение КПД двигателя делят на число 100 );
n - общее количество однотипных приёмников электроэнергии, шт ( колонка
3 ).
Далее таблица нагрузок развёртывается по эксплуатационным режимам работы
судна: ходовой, манёвров ( съёмка с якоря ), аварийный, стоянка с грузовыми операциями.
В каждом режиме приёмники электроэнергии работают в одном из 3-х режимов:
В эпизодическом режиме ( ЭР ) приёмники включаются одно- или многократно,
общее время работы - менее 3,5 часов в сутки ( 15% времени суток ). К таким приемникам относятся: брашпиль, шпиль, подкачивающий компрессор, компрессор хозяйственных нужд, валоповоротное устройство, пожарные насосы главные и вспомогательные в режи-
ме маневров, электродвигатели камбуза, электропечь хлебопекарная и др.
В периодическом режиме ( ПР ) приёмники включаются многократно, общее время
работы от 3,5 до 17 часов в сутки ( 15 - 70% ). К таким приемникам относятся: главный компрессор в режиме маневров и аварийном, топливоперекачивающие насосы, сепарато-
ры топлива и масла, пожарные насосы главные и вспомогательные в ходовом и аварийном режимах, насосы санитарной и пресной воды, питательные насосы котлов, балластные и осушительные насосы, компрессор системы кондиционирования, рефрижераторная установка, камбузные плиты, радиооборудование, электродвигатели мастерской и др.
В непрерывном ( НР ) режиме приёмники включаются одно- или многократно, об-
щее время работы от 17 до 24 часов в сутки ( 70 - 100% ). К таким приемникам относят-
ся: рулевое устройство, грузовые лебедки и краны, вентиляторы трюмов, топливные и мас
ляные главного и вспомогательных двигателей, циркуляционные насосы котлов, вентиля-
торы машинного и котельного отделений, насосы и вентиляторы системы кондициониро-
вания, освещение ( лампы накаливания и люминисцентные ), другое моторное оборудова-
ние.
В колонки 9, 17, 25, 33 и 41 вносят условное обозначение режима работы приёмни
ка «ЭР» - эпизодический, «ПР» - периодический, «НР» - непрерывный.
В колонки 10, 18, 26, 34 и 42 вносят число m однотипных приемников, работающих в данном режиме. Это число зависит от степени ответственности приемника и режима работы судна.
На судах особо ответственные и ответственные судовые механизмы и устройства резервируются.
Например, на каждом судне установлено 2 рулевых электропривода, в ходовом ре-
жиме работает один из них ( m = 1 ), в то же время в режиме маневров, особенно когда судно проходит узкости, работают оба электропривода ( m = 2 ).
Резервируются насосы главного двигателя по два топливных, масляных, пресной и забортной воды, поэтому в режимах ходовом, маневров, аварийном работает по одному из них ( m = 1 ).
Сказанное выше справедливо и для насосов вспомогательных двигателей ( дизель-генераторов ).
При стоянке с грузовыми операциями следует считать, что все грузовые устройст-
ва ( лебедки и краны ) работают одновременно, и т.п.
В режимах ходовом, маневров и аварийном, когда работает главный двигатель,
включена большая часть вентиляторов МО, в то же время на стоянке часть из них может быть отключена и т.д.
В колонки 11, 19, 27,35 и 43 вносят значение коэффициента одновременности рабо
ты однотипных приемников
k= m / n ( 2.2 ),
где: m - число однотипных приемников, работающих в данном режиме ( колонка
10 ),
n - общее количество однотипных приёмников электроэнергии ( колонка 3 ).
Значение коэффициент одновременности, в основном, зависит степени ответствен-
ности приемника и режима работы судна
Для единичного потребителя всегда k= 1 / 1 = 1.
В то же время особо ответственные и ответственные судовые механизмы и устрой-
ства резервируются.
Например, на каждом судне установлено 2 рулевых электропривода, в ходовом ре-
жиме работает один из них, поэтому коэффициент одновременности k= m / n = 1 / 2 = 0,5. В то же время в режиме маневров, особенно когда судно проходит узкости, работают
оба электропривода, поэтому коэффициент одновременности k= m / n = 2 / 2 = 1.
Резервируются насосы главного двигателя по два топливных, масляных, пресной и забортной воды, поэтому в режимах ходовом, маневров, аварийном работает по одному из них, для этих насосов k= 1 / 2 = 0,5.
Сказанное выше справедливо и для насосов вспомогательных двигателей ( дизель-генераторов ).
В режимах ходовом, маневров и аварийном включена большая часть вентиляторов
МО, в то же время на стоянке часть из них может быть отключена и т.д.
В колонки 12, 20, 28, 36 и 44 вносят значение коэффициента загрузки к электро
двигателя в данном режиме, который в общем виде находят по формуле
к= kk ( 2.3 ),
где: k= Р/ Р- коэффициент использования двигателя ( колонки 4 и 5 таблицы нагрузок индивидуального задания ),
k= Р/ Р- коэффициент загрузки механизма в данном режиме,
где: Р - фактически потребляемая мощность механизма;
Р - установленная мощность механизма ( колонка 4 ).
Значение коэффициента загрузки механизма kзависит от режима работы судна.
Поскольку на стадии проектирования СЭЭС фактическую загрузку механизма
определить невозможно, значение kвыбирают из таблицы 2.2 . В ней приведены обоб-
щенные значения коэффициентов загрузки разных механизмов. Эти значения получены в результате эксплуатации большого числа серий судов разных типов ( сухогрузные, для перевозки наливных грузов, универсальные и др. ).
Таблица 2.2.
Коэффициенты загрузки механизмов ( k) в разных режимах
Приемники электроенергии |
Режимы |
||||
ходовой |
маневров |
стоянка |
стоянка с грузовыми операциями |
аварийный с работой основной электро- станции |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Рулевое устройство |
0,3...0,4 |
0,4...0,6 |
- |
- |
0,4...0,6 |
Брашпиль |
- |
0,7...0,9 |
- |
- |
- |
Краны, лебедки |
- |
- |
- |
0,5...0,8 |
- |
Насосы главного двигателя |
0,8...0,9 |
0,7...0,8 |
- |
- |
0,7...0,8 |
Сепараторы |
0,6…0,8 |
- |
0,4…0,6 |
0,4…0,6 |
- |
Насосы котельной установки: |
|||||
конденсатный |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
циркуляционный |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
питательной воды |
0,5...0,7 |
0,5...0,7 |
0,5...0,7 |
0,5...0,7 |
0,5...0,7 |
Насос пожарный |
0,8...0,9 |
0,8...0,9 |
- |
- |
1,0 |
Насос балластно-осушительный |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
0,8...0,9 |
Компрессор главный |
- |
0,8...0,9 |
- |
- |
- |
Компрессор подкачивающий |
0,7...0,9 |
- |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
Вентиляторы |
0,8…1,0 |
0,8…1,0 |
0,8…1,0 |
0,8…1,0 |
0,6...0,8 |
Кондиционеры |
0,7…0,8 |
0,7…0,8 |
0,7…0,8 |
0,7…0,8- |
|
Плиты камбуза |
0,5...0,9 |
0,5...0,9 |
0,5...0,9 |
0,5...0,9 |
- |
Мастерская |
0,3…0,4 |
0,3…0,4 |
0,3…0,4 |
0,3…0,4 |
0,3…0,4 |
Навигационное оборудование |
0,4...0,6 |
0,5...0,7 |
- |
- |
0,5...0,7 |
Зарядный агрегат |
0,7...0,9 |
- |
0,7...0,9 |
0,7...0,9 |
- |
Сеть освещения |
0,6...0,7 |
0,6...0,7 |
0,6...0,8 |
0,6...0,8 |
0,7...0,8 |
Радиооборудование |
0,5…0,6 |
0,5…0,6 |
0,2...0,3 |
0,2...0,3 |
0,7...0,8 |
В колонки 13, 21, 29, 37 и 45 вносят значение коэффициента полезного действия
электродвигателя в данном режиме η, которое находят ( рис.2.1, а ) в зависимости от коэффициента загрузки к ( колонки 12 и др. ).
На рис. 2.1, а следует принять, что значения этого коэффициента отложены по оси абсцисс, т.е. к= Р( о.е. относительные единицы ).
Если коэффициент загрузки электродвигателя к≥ 0,75, то можно принять cosφ =
= cosφ ( т.е. не пользоваться рис. 2.1, а ).
В колонки 14, 22, 30, 38 и 46 вносят значение коэффициента мощности электродви-
гателя в данном режиме cosφ, которое находят ( рис. 2.1, б ) в зависимости от коэффи-
циента загрузки к ( колонки 12 и др. ).
На рис. 2.1,б следует принять, что значения этого коэффициента отложены по оси абсцисс, т.е. к= Р( о.е. относительные единицы ).
Если коэффициент загрузки электродвигателя к≥ 0,6, то можно принять sinφ =
= sinφ ( т.е. не пользоваться рис. 2.1, б ).
Рис. 2.1. Зависимость коэффициента полезного действия η ( кривые 1 ) и коэффициента мощности cosφ ( кривые 2 ) асинхронных двигателей от коэффици-
ента его загрузки к( мощности Р, выраженной в относительных единицах о.е ):
а ) для двигателей мощностью до 10 кВт; б ) для двигателей мощностью 10…75 кВт
В колонки 15, 23, 31, 39 и 47 вносят значение суммарной потребляемой однотипны
ми приёмниками активной мощности в данном режиме
Р = k* к* ( 2.4 ),
где: k, к и - значения, указанные в колонках соответственно 11, 12 и 8.
В колонки 16, 24, 32, 40 и 48 вносят суммарную потребляемую однотипными при
ёмниками реактивную мощность
Q = Р*tg φ = Р* tg ( arc cosφ ),
при этом значение tg φ находят по значению коэффициента мощности cos φ при
помощи калькулятора или тригонометрических таблиц.
После заполнения всех колонок и строчек находят итоговые значения ( нижняя
часть таблицы нагрузок ( строчки «А», «В», «С» и «D»):
строчка «А»
суммарные значения активной Р = ( Рп.р + Р) и реактивной
Q = (Q п.р + Q) мощностей для периодически и непрерывно работающих приёмников;
строчка «В»
те же значения мощностей Р и S, с учётом коэффициента одновременности рабо-
ты приёмников в каждом режиме
Р= к0.р ( Рп.р + Р) и Q = к0.р (Q п.р + Q).
где коэффициент одновременности режима к0.р характеризует вероятность одновре-
менной работы всех приемников в данном режиме ( таблица 2.3 )
:
Таблица 2.3
Значения коэффициента одновременности работы приемников электроэнергии
в зависимости от режима работы судна ( электростанции )
Режимы работы судна ( электростанции ) |
|||||
ходовой |
маневров |
стоянка без грузовых операций |
стоянка с грузовыми операциями |
аварийный с работой основной электро- станции |
|
коэффициент одновременности режима к0.р |
0,8...0,9 |
0,75...0,8 |
0,7…0,75 |
0,75...0,8 |
0,9...1,0 |
Строчка «С»
те же значения мощностей Ри S с учётом коэффициента потерь мощности в линии к
Р= к* Р, S= S ( 2.5 ),
значение которого зависит от водоизмещения судна, а именно: для малых судов
( водоизмещением до D = 2000 р.т ) к= 1,02, для средних ( D = 2000…10000 р.т) к= 1,03, для крупных ( D>10000 р.т) к= 1,04.
полная ( кажущаяся ) мощность ( кВ*А )
S= ( 2.6 ).
Строчка «D»
средневзвешенный коэффициент мощности каждого режима
cos φ = Р/ S ( 2.7 ).
Значение cos φвлияет на порядок выбора генераторов по мощности, а именно:
1. если cos φ≥ cos φвыбираемого генератора, то генератор выбирают по актив-
ной мощности;
2. если cos φ< cos φвыбираемого генератора, то генератор выбирают по реак-
тивной мощности.
Технические характеристики судовых синхронных генераторов приведены в Прило
жении 2.
При этом следует учесть, что у генераторов серий МСК, МСС, ГСС, ГМС, 2СН
cos φ= 0,8, а у генераторов серии ТК2-2 cos φ= 0,7.
Результаты расчета мощности СЭС в каждом режиме работы судна используются для выбор количества и мощности генераторов в этих режимах.
3.3. Выбор количества и мощности генераторов в режимах работы судна
Правильный выбор состава генераторов позволяет обеспечить безаварийную и эко-
номичную работу СЭС. Для выбора используют результаты расчета нагрузки СЭС во всех режимах работы.
Общую установленную мощность генераторов находят по режиму с наибольшим значением нагрузки, после чего приступают к выбору количества и мощности генераторов в каждом режиме. Для этого намечают несколько вариантов состава генераторов СЭС,
Сравнивают их по технико-экономическим показателям и выбирают оптимальный вариант.
При выборе необходим учитывать т р е б о в а н и я П р а в и л Р е г и с т р а :
1. на каждом судне должно быть не менее двух основных источников электроэнер
гии, причем одним из них может быть ВГ;
2. мощность генераторов должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся обеспечили питание ответственных приемников электроэнергии в режи-
мах ходовом, аварийном и маневров;
3. суммарная мощность всех генераторов переменного тока должна быть достаточ-
ной для пуска самого мощного АД в случае выхода из строя любого генератора.
Кроме того, при выборе генераторов руководствуются следующим:
1. нагрузка выбранных генераторов при работе в продолжительных режимах (ходо-
вой, стоянка) должна составлять 70- 90 % номинальной, а при работе в кратковременных режимах (маневров, аварийный) нагрузка ДГ может быть снижена до 50-60 %, ТГ - до 40-50 %, ВГ - до любого уровня;
2. количество генераторов СЭС в большинстве случаев составляет 2-4, при этом 2 или 3 генератора продолжительно работают параллельно, а один находится в резерве.
3. целесообразно выбирать генераторы одного типа, что обеспечивает взаимозаме-
няемость деталей и узлов генераторов, а также облегчает их ТО;
4. установка стояночного ДГ меньшей мощности по сравнению с основными в боль
шинстве случаев нецелесообразна;
5. увеличение количества генераторов посредством уменьшения единичной мощно
сти позволяет повысить их загрузку, но усложняет схему СЭС и затрудняет обслуживание электростанции.
Мощность аварийных источников электроэнергии определяется количеством и мощностью особо ответственных приемников, перечень которых оговаривается Правилами Регистра СССР.
3.4. Экономическая эффективность СЭС
Э ко н о м и ч е с к у ю э ф ф е к т и в н о с т ь СЭС на стадии проектирования опре
деляют сравнением для 2-3 вариантов комплектации судовой электростанции значений приведенных затрат, сроков окупаемости и себестоимости электроэнергии.
Приведенные затраты 3 = Э + 0,15К, где Э - годовые эксплуатационные расходы;
К - капитальные вложения. В сумму капитальных вложений (строительную стоимость) обычно включаются прейскурантная цена оборудования СЭС, транспортные расходы и расходы на монтаж. Эксплуатационные расходы образуются затратами на амортизацию, ремонт, топливо, смазочные материалы и обслуживание СЭС.
Судовые электростанции во всех режимах должны работать надежно и экономич
но, причем приоритет отдается надежности. На практике это означает, что ГА электростан
ции во всех или большинстве режимов работы недогружены по мощности, что ведет к перерасходу топлива: при мощности дизеля 75 и 50 % номинальной удельный расход топлива составляет соответственно 102-105 % и 107-112 % номинального.
3.5. Методы повышения экономичности СЭС
Повысить экономичность СЭС можно разными способами.
На стадии проектирования этого добиваются тщательной проработкой вариантов комплектации СЭС с целью обеспечения в каждом режиме загрузки генераторов по верх
ним пределам допускаемых нагрузок, включением в состав генераторов ВГ и УТГ.
Валогенераторные установки не получили должного распространения на транспорт
ных судах, однако широко применяются на промысловых, что связано с возможностью обеспечения работы траловых лебедок при помощи ВГ в режиме малого хода судна.
Примером удачно спроектированных можно считать СЭС некоторых серий тепло-
ходов отечественной и зарубежной постройки, на которых ходовой режим обеспечивается работой одного УТГ.
Для повышения экономичности СЭС в процессе эксплуатации можно рекомендо-
вать следующее:
1. в каждом режиме обеспечивать загрузку генераторов по верхним пределам, для чего своевременно устранять избыточный запас мощности СЭС отключением одного или нескольких генераторов;
2. уменьшать время нахождения энергетической ( силовой ) и других установок в состоянии готовности, при котором включена группа мощных приемников электроэнер-
гии ( охлаждающие насосы пресной и забортной воды, масляные, топливные и др. );
3. исключать работу СТС в режиме холостого хода, для чего своевременно отклю-
чать их;
4. предотвращать кратковременные увеличения нагрузки, при которых автоматиче-
ски пускается резервный ДГ;
5. при групповых стоянках (например, на ремонте) организовывать снабжение элек
троэнергией нескольких судов от СЭС одного судна.
Возможность питания судна с берега должна решаться в каждом отдельном случае, так как стоимость электроэнергии при энергоснабжении с берега может оказаться выше, чем производимой на судне. Определенный эффект может дать нормирование для серий судов расхода электроэнергии и его учет при помощи счетчиков электроэнергии.
4. Генераторные агрегаты
4.1. Основные сведения
Генераторным агрегатом называют устройство, предназначенное для производства электроэнергии и состоящее из приводного двигателя и самого генератора.
На современных судах применяют 3 типа ГА, получившие название в соответствии с типом ПД: дизель-генераторы, турбогенераторы и газотурбогенераторы.
Выбор типа ГА определяется типом энергетической установки, обеспечивающей ход судна. Такой подход позволяет получить оптимальные технико-экономические показатели обоих комплексов - энергетической и электроэнергетической установок.
На п а р о х о д а х, где энергетической установкой является комплекс котел - паровая турбина, применяют ТГ и ДГ. Турбогенераторы получают пар в ходовом режиме от главных котлов, а на стоянке - от вспомогательного или дежурного главного с пониженными паропроиз-водительностью и давлением. Дизель-генераторы могут быть использованы как в ходовом режиме, работая параллельно с ТГ, так и на стоянке, при остановленных ТГ.
На т е п л о х о д а х, где СЭУ представляет комплекс с двигателем внутреннего сгорания, применяют ДГ. При мощности ГД свыше 11-15 МВт целесообразно применение УТГ, который использует теплоту отработавших газов ГД.
4.2. Приводные двигатели генераторных агрегатов
На судах в качестве приводных двигателей СГ и ГПТ применяют дизели, а также паровые и газовые турбины.
Д и з е л ь - поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Пуск двигателя проводится сжатым воздухом или при помощи электростартера, получающего питание от АБ. Тем самым обеспечивается автономность работы и быстрота пуска (до 30 с), что позволяет широко использовать ДГ в качестве основных, резервных и аварийных источников электроэнергии. Дизели более экономичны по сравнению с турбинами, достаточно надежны и просты в эксплуатации. Ресурс судовых дизелей относительно высок и составляет 30-40 тыс. ч.
К недостаткам дизелей следует отнести их малую перегрузочную способность (не более 10 % номинальной мощности в течение 1 ч) и неравномерность хода, отрицательно влияющую на устойчивость параллельной работы ДГ. Для уменьшения неравномерности число цилиндров дизеля должно быть четным, кроме того, часто на его валу устанавлива
ют маховик. Для соединения генераторов и дизелей применяют эластичные и жесткие муфты. Генераторы некоторых типов прикрепляют к дизелю фланцем, поэтому они имеют один подшипник.
Т у р б и н а - двигатель с вращательным движением рабочего органа - ротора, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию пара, газа или воды.
Паровые турбины перед пуском должны быть прогреты, причем время прогрева достига
ет 1 ч. Они менее экономичны, чем дизели, вследствие 2-кратного преобразования энергии, однако имеют повышенную перегрузочную способность (до 20 % номинальной мощности), значительно надежней дизелей и имеют больший ресурс (до 50 тыс. ч). Равно- мерность вращения ротора обеспечивает устойчивость параллельной работы ТГ.
Поскольку паровые турбины имеют частоты вращения до 14 тыс. об/мин, а генера
торы - 1000,1500 и 3000 об/мин, между турбиной и генератором устанавливают редуктор.
Газовые турбины соединяют в себе достоинства дизеля и паровой турбины. Они автономны в работе, так как конструктивно выполнены вместе с камерой сгорания и компрессором, не требуют прогрева перед пуском, время пуска составляет 30-50 с. Эти турбины имеют небольшие размеры и массу, относительно большой ресурс (до 20 тыс. ч), надежны. К их недостаткам относят большой удельный расход топлива и повышенную шумность.
5. Генераторы переменного тока
5.1. Эксплуатационные характеристики
На современных судах в качестве генераторов переменного тока применяют 3-фаз
ные СГ.
Наиболее важные эксплуатационные свойства СГ можно оценить при помощи внешних и регулировочных характеристик.
В н е ш н я я х а р а к т е р и с т и к а - это зависимость напряжения на выводах обмотки статора генератора от тока нагрузки при номинальной частоте вращения и постоянных значениях тока возбуждения и коэффициента мощности, т.е . U ( I ) при n =
= n= const, I= const, cosφ = const (рис. 2.2, а ).
Иначе говоря, эта характеристика показывает, насколько хорошо генератор «дер-
жит» напряжение при изменении тока нагрузки, создаваемого приемниками электроэнер-
гии.
Наклон внешней характеристики, или статизм (%), определяется изменением напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальному:
Δ U = [ ( U- U ) / U ]*100 ( 2.8 ),
где Uи U - напряжения соответственно холостого хода и номинального.
Рис. 2.2. Внешние ( а ) и регулировочные ( б ) характеристики СГ при разных
нагрузках: 1 активной; 2 активно-индуктивной; 3 активно-емкостной
При активной нагрузке (см. рис. 2.2, а, кривая 1) увеличение тока нагрузки от I = 0 до I = I приводит к уменьшению напряжения, что объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора и усилением размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси.
При активно-индуктивной нагрузке (см. рис. 2.2, о, кривая 2) уменьшение напряже
ния при набросе нагрузки наблюдается в большей степени, так как с увеличением тока усиливается размагничивающее действие реакции якоря по продольной оси.
В случае активно-емкостной нагрузки (см. рис. 2.2, а, кривая 3) увеличение тока вызывает увеличение напряжения вследствие усиления подмагничивающего действия продольной составляющей реакции якоря.
Из сравнения проведенных внешних характеристик следует, что напряжение СГ зависит не только от значения, но и от характера тока нагрузки. Изменение напряжения СГ при переходе от режима холостого хода к номинальному положительно при активной и индуктивной нагрузках и отрицательно при емкостной.
Для равномерного распределения реактивной нагрузки при параллельной работе СГ необходимо иметь возможность изменять наклон характеристик и перемещать их параллельно самим себе. Наклон внешней характеристики устанавливается в процессе настройки АРН и при работе не изменяется. Параллельное перемещение характеристики обеспечивается установлением нового фиксированного значения тока возбуждения при помощи реостата возбуждения при ручном регулировании или автоматического регулятора напряжения. При увеличении тока возбуждения внешняя характеристика перемещается вверх, при уменьшении - вниз.
Р е г у л и р о в о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а - это зависимость тока возбужде
ния от тока нагрузки при номинальной частоте вращения и постоянных значениях напряжения на выводах генератора и коэффициента мощности, т. е. т.е . I( I ) при U =
= U= const, n = n= const, cosφ = const (рис. 2.2, б). Эти характеристики представ
ляют собой как бы зеркальное отображение внешних характеристик.
При активной нагрузке увеличение тока нагрузки вызывает уменьшение напряже
ния генератора (см. рис. 2.2, а, кривая 1), поэтому для поддержания этого напряжения ток возбуждения надо увеличить (см. рис. 2.2, б, кривая 1).
При активно-индуктивной нагрузке напряжение уменьшается в большей степени, чем при активной, поэтому для сохранения равенства U = = U= const ток возбужде
ния приходится увеличивать также в большей степени (см. рис. 2.2, б, кривая 2).
При активно-емкостной нагрузке ток возбуждения необходимо уменьшать (см. рис. 2.2, б, кривая 3), так как увеличение тока нагрузки приводит к увеличению напряжения.
Регулировочные характеристики используются, в основанном, в двух случаях:
1. при переводе и распределении реактивной накгрузки синхронных генераторов;
2. при расчете и построении автоматических регуляторов напряжения ( АРН ).
5.2. Системы возбуждения синхронных генераторов
На судах для стабилизации напряжения СГ применяют различные системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения, в которых изменение тока возбуждения происходит автоматически.
Сведения об АРН подробно изложены ниже ( раздел 1.3. «Системы регулирования частоты вращения ГА и напряжения генераторов»).
Поэтому ограничимся рассмотрением систем возбуждения СГ, которые бывают трех видов: с независимым возбуждением, с самовозбуждением и смешанная (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Принципиальные схемы систем возбуждения СГ:
а независимой; б с самовозбуждением; в смешанная ( бесщеточный синхронный генератор )
При н е з а в и с и м о м в о з б у ж д е н и и (рис. 2.3, а) в качестве источника воз
буждения используется возбудитель В - генератор постоянного тока небольшой мощности с параллельной обмоткой возбуждения ОВВ, сидящий чаще всего на одном валу с синх
ронным генератором СГ. Регулятор возбуждения R предназначен для регулирования напряжения вручную. Применение в качестве возбудителя добавочной электрической машины постоянного тока усложняет конструкцию и снижает надежность СГ.
Такая система применялась до начала 60-х годов XX столетия.
Создание мощных и надежных полупроводниковых вентилей обеспечило переход на с а м о в о з б у ж д е н и е СГ, при котором мощность для цепи возбуждения отбирается от 3-фазной обмотки статора СГ и подается в обмотку возбуждения ОВГ через трансфор-
матор Т и выпрямитель UZ (рис. 2.3, б).
В обоих выше рассмотренных случаях на валу СГ находятся 2 контактных кольца с установленными на них щетками, что усложняет конструкцию и снижает надежность гене
раторов. Для облегчения работы щеточного аппарата напряжение возбуждения уменьша-
ют до нескольких десятков вольт (например, при помощи трансформатора), но одновре-
менно увеличивают ток возбуждения. Это позволяет сохранить мощность цепи возбужде-
ния в необходимых пределах ( 5-10 % номинальной мощности СГ).
Указанных недостатков лишены бесщеточные СГ, имеющие с м е ш а н н о е
в о з б у ж д е н и е (рис. 2.4 ).
Судовые бесщеточные СГ могут быть выполнены с асинхронным ( рис.2.3, в ) и синхронным возбудителем.
БСГ с асинхронным возбудителем ( рис. 2.3, в ) устроен так. В общем корпусе БСГ находятся два генератора основной синхронный и вспомогательный асинхронный. Вспо
могательный по отношению к основному является его возбудителем, его мощность не более 10% от номинальной мощности основного генератора.
Основной генератор имеет на статоре 3-фазную обмотку 1, соединенную «звездой», а на явновыраженных полюсах ротора обмотку возбуждения постоянного тока 2.
Вспомогательный генератор имеет две 3-фазных обмотки: обмотку статора 5 и об-
мотку ротора 4.
Принцип действия БСГ состоит в следующем. При вращении ротора БСГ возника-
ющая в 3-фазной обмотке статора 1 ЭДС подается на обмотку статора 5 асинхронного ге-
нератора. В результате в обмотке статора возникает вращающееся магнитное поле ( такое
же, как при подаче напряжения на обмотку статора 3-фазного асинхронного двигателя ).
Это поле пересекает вращающуюся вместе с ротором 3-фазную обмотку 4 и индук-
тирует в ней 3-фазную ЭДС, которая через выпрямитель 2 подается на обмотку возбужде-
ния 2 основного генератора. Полупроводниковые диоды выпрямителя 2 закреплены на роторе, т.е. вращаются вместе с ним.
БСГ с синхронным возбудителем устроен примерно так же. В общем корпусе БСГ находятся два синхронных генератора основной и вспомогательный. Вспомогательный по отношению к основному является его возбудителем, его мощность не более 10% от номинальной мощности основного генератора.
Основной генератор имеет на статоре 3-фазную обмотку, соединенную «звездой», а на явновыраженных полюсах ротора обмотку возбуждения постоянного тока.
Вспомогательный генератор по отношению к основному имеет обращенную ( «пе-
ревернутую» ) конструкцию у него на явновыраженных полюсах статора находится об-
мотка возбуждения постоянного тока , а на роторе - 3-фазная обмотка , соединенная «звез-
дой».
Принцип действия БСГ состоит в следующем. При вращении ротора БСГ возника-
ющая в 3-фазной обмотке статора ЭДС выпрямляется и через регулятор напряжения пода
ется на обмотку возбуждения возбудителя.
При этом в обмотке ротора индуктируется 3-фазная ЭДС, которая через выпрями
тель подается на обмотку возбуждения основного генератора. Полупроводниковые диоды выпрямителя 2 закреплены на роторе, т.е. вращаются вместе с ним.
Таким образом, система возбуждения БСГ сочетает характерные признаки систем с независимым возбуждением (имеется возбудитель в виде синхронного или асинхронного вспомогательного генератора ) и самовозбуждением (мощность для возбуждения возбуди
теля отбирается от обмотки статора основного генератора ).
5.3. Основные типы судовых СГ
На судах отечественной постройки применяют СГ следующих серий: МСК мор-
ской синхронный с кремнийорганической изоляцией, МСС - морской синхронный с само--
возбуждением, ГМС - генератор морской синхронный, ГСС - генератор синхронный с са-
мовозбуждением, СБГ - судовой бесщеточный генератор и др.
Судовые СГ выполняют на напряжения 400 и 230 В, с соединением обмоток стато-
ра соответственно по схемам "звезда" и "треугольник", в диапазоне мощностей 30-2000 кВт при номинальном коэффициенте мощности соsφ = 0,8.
Серии построены по принципу нарастания мощности при среднем коэффициенте нарастания 1,25-1,5, что облегчает выбор числа и мощности ГА и обеспечивает экономич
ную работу СЭС во всех режимах работы судна. Частоты вращения генераторов составляя
ют 500, 750,1000, 1500 и 3000 об/мин. В качестве ПД применяют дизели (при частоте вра-
щения генератора 750 - 1500 об/мин) или турбины (при 1000, 1500 и 3000 об/мин).
Судовые СГ выпускают в горизонтальном исполнении на лапах, с одним свобод--
ным концом вала для соединения с турбиной через редуктор или при помощи муфты - с дизелем. Возможно фланцевое исполнение СГ. Самовентиляция осуществляется по замк-
нутому и разомкнутому циклам. Изоляция обмоток генераторов классов В, Р и Н. Режим работы СГ всех типов продолжительный ( S1 ).
В зависимости от типа и мощности СГ при номинальных напряжении, частоте и рабочей температуре выдерживают перегрузку по току 10 % номинального в течение 60-120 мин, 25 % в течение 10-30 мин, 50 % в течение 1-5 мин. Без механических и тепловых повреждений генераторы выдерживают 3-фазное КЗ в течение 5-10 с, при этом ударный ток КЗ не превосходит 14-17-кратного значения амплитуды номинального тока, а устано
вившийся ток КЗ составляет не менее 3- 4-кратного значения номинального тока.
5.4. Техническое обслуживание и ремонт судовых генераторов
Техническое обслуживание судовых генераторов
Целью ТО является обеспечение исправного технического состояния ГА и длитель-
ное поддержание их эксплуатационных характеристик на заданном уровне.
Объем, характера и сроков проведения работ устанавливают Правила технической эксплуатации морских и речных судов Украины, часть 6 «Электрооборудование».
В соответствии с упомянутыми ПТЭ, различают три вида технического обслужива-
ния электрических машин, в том числе и генераторов:
1. ТО: без разборки (ТО № 1);
2. ТО с частичной разборкой (ТО № 2);
3. ТО с полной разборкой (ТО № 3).
При ТО № 1 необходимо: вскрыть смотровые и вентиляционные отверстия; осмот-
реть контактные кольца (коллекторы), щеточный аппарат и обмотки статора и ротора (якоря); затянуть доступные контактные и крепежные соединения; очистить доступные места и фильтры от загрязнений, продуть генератор сжатым воздухом давлением не более 0,2 МПа.
При ТО № 2 необходимо выполнить работы в объеме, предусмотренном ТО № 1, и дополнительно: вскрыть и очистить коробку выводов; протереть доступные места ветошью, смоченной в рекомендованном моющем средстве; при необходимости изменить полярность колец СГ; при необходимости просушить обмотки и покрыть изношенные места изоляции эмалью; осмотреть подшипники и их смазку, при необходимости добавить смазку того же сорта.
При ТО № 3 необходимо выполнить работы в объеме ТО № 1 и ТО № 2, а также дополнительно: промыть обмотки статора и ротора (якоря); отремонтировать поврежден
ные места изоляции обмоток, пропитать их лаком и покрыть эмалью, после чего просу-
шить; при необходимости проточить и отшлифовать контактные кольца (коллекторы); про
верить динамометром значение нажатия на щетки, при необходимости отремонтировать щеточный аппарат; заменить смазку в подшипниках; при необходимости окрасить внут-
ренние и наружные поверхности статора и ротора; проверить сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой.
После выполнения каждого вида ТО необходимо проверить генератор в режиме холостого хода в течение 1 ч. При этом следует контролировать: напряжение генератора, биение колец и работу щеточного аппарата, температуру нагрева корпуса и подшипников, отсутствие постороннего шума и недопустимой вибрации.
После выполнения ТО № 3 дополнительно испытывают генератор при номиналь-
ной нагрузке в течение 6 ч.
Периодичность ТО синхронных генераторов должна составлять:
1. при ТО № 1 - 2-3 мес;
2. при ТО № 2 - 6-12 мес;
3. при ТО № 3 - 48-96 мес.
Периодичность ТО генераторов постоянного тока в среднем в 2 раза меньше, что объясняется более тяжелыми условиями работы, вызванными наличием щеточного аппарата.
Работы по ТО выполняют члены судового экипажа, ремонтные бригады и берего-
вые подразделения в соответствии с планом-графиком технического обслуживания (ПГТО), утверждаемым службой судового хозяйства пароходства. В ПГТО указывают состав работ, их периодичность, трудоемкость и исполнителей работ.
Ремонт судовых генераторов
Цель ремонта состоит в восстановлении до необходимого уровня частично или пол
ностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик генераторов.
Различают 2 вида планово-предупредительного ремонта:
1. текущий;
2. капитальный.
При текущем ремонте выполняют работы по восстановлению и замене преимуще-
ственно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном - работы по восстано
влению и замене частей и узлов, связанные с большими объемами сопутствующих работ.
Текущий ремонт проводят во время стоянки судна на заводе и без вывода судна из эксплуатации, а капитальный ремонт - как правило, с выводом судна из эксплуатации.
Ремонтные работы проводят члены экипажа, а также работники баз технического обслуживания (БТО) и электроремонтных цехов судоремонтных предприятий.
Организация ТО и ремонта должна соответствовать требованиям комплексной си-
стемы ТО и ремонта судов (РД 31.20.50- 87).
Внедрение на судах автоматизированных систем технической диагностики и про-
гнозирования позволит перейти от регламентированного ТО и ремонта, предполагающего строгую периодичность ТО и ремонтов, к обслуживанию по фактическому состоянию СТС. Это позволит значительно уменьшить трудозатраты и сократить численность экипа-
жей.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные режимы работы судна, укажите их характерные особенности
2. Чем отличаются друг от друга непрерывно, периодически и эпизодически работа
ющие приемники электроэнергии?
3. Назовите особенности основных методов расчета мощности СЭЭС
4. В чем состоит суть расчета мощности СЭС табличным методом? Чем заканчива-
ется расчет?
5. Перечислите основные требования Правил Регистра к выбору количества и мощ
ности судовых генераторов
6. В чем заключаются достоинства и недостатки дизелей, паровых и газовых тур-
бин?
7. Каким образом и почему характер нагрузки СЭС влияет на напряжение СГ?
8. Каковы характерные признаки и свойства разных систем возбуждения СГ?
9. Какие значения токов перегрузки и в течение какого времени должны выдерживать СГ и ГПТ?
10. Перечислите основные особенности судовых СГ
11. Чем отличаются друг от друга ТО1, ТО2 и ТО3?
12. Какова цель ремонта СЭО? Каковы виды ремонтов СЭО и в чем их особенно-
сти?
1.3. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГЕНЕРАТОР-
НЫХ АГРЕГАТОВ И НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ
1. Системы регулирования частоты вращения ГА
1.1. Необходимость использования АРЧ
Изменение нагрузки СЭС, например, включение мощных приемников электроэнер
гии ( пожарного насоса, компрессора пускового воздуха, работа грузовых лебедок и т.п. ) вызывает изменение величины тормозного электромагнитного момента генераторов и, как следствие, изменение частоты вращения приводных двигателей генераторов.
В свою очередь, это приводит к изменению частоты тока и напряжения синхрон-
ных генераторов, что неблагоприятно сказывается на работе приемников электроэнергии.
Особенно чувствительны к провалам напряжения 3-фазные асинхронные двигатели
у которых вращающий электромагнитный момент прямо пропорционален квадрату напря-
жения. Поэтому провалы напряжения могут привести к остановке ( насосы, вентиляторы ) и даже реверсу ( грузовые лебедки, краны, брашпили ) электродвигателей.
Провалы напряжения неблагоприятно сказываются на работе люминисцентных све
тильников, которые при этом гаснут. В то же время для восстановления нормального све-
чения им необходимо несколько десятков секунд или даже минут ( в зависимости от типа лампы ).
Поэтому приводные двигатели генераторов дизели и турбины, обязательно снаб-
жают автоматическими регуляторами частоты вращения.
1.2. Основные характеристики АРЧ
Основное требование к ПД генераторных агрегатов любого типа - сохранение частоты вращения вала ПД, что необходимо для стабилизации частоты тока генераторов.
Поэтому ГА снабжают АРЧ, для которых регулирующим воздействием является изменение подачи топлива (пара), а регулирующим органом - топливная рейка у дизелей и паровпускной клапан у турбин.
К основным характеристикам АРЧ относятся регуляторные и скоростные.
1.3. Регуляторные характеристики АРЧ
Регуляторная характеристика представляет собой зависимость частоты вращения n приводного двигателя от мощности Р генератора при фиксированном положении регулирующего органа рейки топливного насоса ( рис. 3.1).
Рис. 3.1. Астатическая ( 1 ) и статическая ( 2 ) регуляторная характеристики
приводных двигателей генераторных агрегатов
Основным параметром регуляторной характеристики является наклон или статизм в ( % )
δ = [ ( n- n ) / n ]100 ( 3.1 ),
где n и n - частоты вращения соответственно холостого хода и номиналь-
ная, об/мин.
Для астатической характеристики δ = 0, т. е. частота вращения приводного двигате-
ля ГА не зависит от нагрузки генератора (см. рис. 2.1, характеристика 1). Иначе говоря, определенному значению частоты вращения ПД соответствует множество значений мощ-
ности генератора. Это не позволяет обеспечить пропорциональное распределение актив-
ных нагрузок параллельно работающих синхронных генераторов.
Иначе говоря, ПД с астатической регуляторной характеристикой нужно применять только при одиночной работе ГА с целью идеальной стабилизации частоты вращения ПД.
При параллельной работе ПД должны иметь статическую регуляторную характери
стику ( пояснение см. ниже ).
1.4. Скоростные характеристики АРЧ
К скоростным характеристикам АРЧ относятся внешние и частичные ( ограничи
тельные ).
Внешней характеристикой называется зависимость мощности ДВС Nот частоты
вращения вала n при подаче топлива, соответствующей номинальной мощности дизеля.
На рис. 3.1, а при частоте вращения n = n( т.е. при n= 100% ) мощность дизеля N= 100%.
При уменьшении частоты вращения ( но неизменной подаче топлива ) мощность ди
зеля уменьшается. На рис. 3.1, а при работе дизеля на внешней характеристике 1 и умень-
шении частоты вращения до минимально допустимого значения n= 25% n мощ-
ность дизеля N≈ 45%.
Поскольку работа двигателя по внешней характеристике сопровождается дымным выпуском, высоким расходом топлива, высокой температурой выпускных газов и наруше-
нием теплового равновесия дваигателя, в эксплуатации работа на внешней предельной ха-
рактеристике или даже на отдельных точках этой характеристики не допускается
Частичной характеристикой называется зависимость мощности ДВС Nот частоты
вращения вала n при подаче топлива, соответствующей меньшим номинальной значениям мощности дизеля.
Частичная характеристика лежит ниже внешней и определяет верхний предел поля
допустимых наибольших мощностей при длительной работе двигателя и без дымления.
Обычно параметры внешних и частичных характеристик выражают в процентах ( рис. 3.2, 3.3 ) или относительных единицах.
Поле возможных режимов работы ДВС совместно с генератором электрической энергии (рис. 3.2 ) расположено в интервале n'n'' допустимого отклонения частоты вра-
щения генератора от номинального значения ( на рис. 3.2 заштриховано).
Рис.3.2. Характеристики ДВС, Рис. 3.3. Совмещенные характе-
работающего совместно с ристики ДВС и генератора:
генератором: 1 внешняя 1 внешняя ДВС; 2 - частичная
( при номинальной мощно- ДВС; 3, 4 нагрузочные гене-
сти ); 2, 3 частичные ратора при уменьшении нагрузки
( 3 ) и номинальной нагрузке ( 4 )
Из рис. 3.2 видно, что при уменьшении электрической нагрузки до значения N 2
или N3 двигатель должен перейти на частичные внешние характеристики 2 или 3, для чего надо уменьшить подачу топлива..
Для оценки работы двигателя с генератором обычно рассматривают их совмещен-
ные характеристики (рис. 3.3 ).
Если принять, что точка А пересечения внешней характеристики 1 ДВС и нагрузоч
ной характеристики 4 генератора представляет номинальный режим работы, a Δn допу-
стимое изменение частоты вращения, то очевидно, что даже незначительное уменьшение нагрузки генератора (характеристика 3) повлечет за собой изменение частоты вращения, выходящее за намеченную границу (новый режим работы устанавливается в точке В).
Для обеспечения заданного диапазона частоты вращения нужно при новой нагруз-
ке генератора перейти на новую частичную характеристику 2 двигателя, тогда новый ре-
жим работы установится в точке С.
Для перехода на частичную характеристику 2 при незначительном уменьшении на-
грузки и увеличении частоты вращения следует воздействовать на рейку топливных насо-
сов в сторону уменьшения подачи, а при увеличении нагрузки на генератор и понижении частоты вращения в сторону увеличения подачи топлива.
Для этой цели на приводной двигатель, работающий совместно с генератором, уста
навливают регулятор, который может поддерживать один скоростной режим в пределах допустимого изменения частоты вращения Δn.
Дизель-генератор и регулятор частоты вращения образуют замкнутую систему авто
матического регулирования, которая обеспечивает автоматическое поддержание частоты вращения коленчатого вала двигателя с заданной степенью точности.
По классификационным признакам и назначению существуют различные типы регуляторов (табл. 3.1).
1.5. Классификация АРЧ
В настоящее время принята следующая классификация АРЧ ( таблица 3.1.).
Таблица 3.1.
Классификация регуляторов частоты вращений вала приводных двигателей ГА
Тип регулятора |
Выполняемые функции |
По назначению и режимности работы |
|
Однорежимный |
Поддерживает один скоростной режим |
Двухрежимный |
Поддерживает два скоростных режима ( минимально устойчивой и номинальной частоты вращения ) |
Всережимный |
Поддерживает любой скоростной заданный режим двигателя ( выше минимально устойчивой частоты вращения ) |
Предельный |
Включается в работу только в случае превышения номинальной частоты вращения |
По типу измерительной части регулятора |
|
Механический |
Входной сигнал ( частота вращения ) преобразуется измерите- лем регулятора в механическое перемещение |
Гидравлический |
Входной сигнал ( частота вращения ) преобразуется в энергию давления масла |
Электрический |
Входной сигнал ( частота вращения ) преобразуется в электри- ческую величину ( напряжение или ток ) и механическое пере мещение |
По способу воздействия измерительного устройства на регулирующий орган |
|
Прямого действия |
Перемещение рейки ТНВД происходит только за счет энергии, сообщаемой ей измерительной частью регулятора |
Непрямого действия |
Выходной сигнал измерительной части регулятора передается на топливную рейку усиленным ( через усилитель ) |
По количеству входных сигналов |
|
Одноимпульсные |
Работает по отклонению только одной величины ( частоты вращения ) |
Двухимпульсные |
Работает по отклонению двух величин ( частоты вращения и Активной нагрузки генератора ) |
По виду регуляторной характеристики |
|
Астатический |
Поддерживает частоту вращения постоянной при любых нагруз ках |
Статический |
Поддерживает частоту вращения коленчатого вала дизеля в установленных пределах Δn при изменении нагрузки |
Комбинированный |
В зависимости от настройки может работать как по статиче- ской, так и по астатической характеристике |
По осуществляемому закону регулирования |
|
Интегральный ( И - регулятор ) |
Отклонение частоты вращения влияет только на скорость пере- мещения рейки ТНВД |
Пропорциональный ( П регулятор ) |
Отклонение частоты вращения влияет только на величину пере мещения рейки топливных насосов |
Пропорционально-интегральный ( ПИ- регулятор ) |
Отклонение частоты вращения влияет на величину и скорость перемещения рейки топливных насосов |
По типу обратных связей |
|
С жесткой обратной связью |
Осуществляет пропорциональный закон регулирования ( П ре гулятор ). Регуляторная характеристика статическая |
С гибкой обратной связью |
Осуществляет пропорционально-интегральный закон регулиро- вания ( ПИ регулятор ), Регуляторная характеристика астати- ческая. |
1.6. Применение разных типов АРЧ
Применение того или иного вида АРЧ зависит от условий работы ГА ( одиночная, параллельная работа ) и от требований, предъявляемых к точности регулирования частоты вращения ГА.
Например, АРЧ, обеспечивающие работу приводных двигателей ГА по астатиче-
ским характеристикам, применяют только при одиночной работе ГА и называют астати-
ческими. Такие регуляторы называют также интегральными, или регуляторами И-типа. У них отклонение частоты вращения влияет только на скорость перемещения рейки ТНВД.
АРЧ, предназначенные для обеспечения параллельной работы ГА, должны рабо-
тать только по статическим характеристикам. Для статической характеристики δ > 0, т. е. частота вращения ПД уменьшается с увеличением нагрузки генератора (см. рис. 2.1, характеристика 2).. Такие регуляторы называют статическими а также пропорциональны
ми или регуляторами П-типа. У них отклонение частоты вращения влияет только на вели-
чину перемещения рейки топливных насосов
Регуляторы, обеспечивающие работу ПД по астатической и статической характери-
стикам, называют универсально-статическими. Такие регуляторы называют также пропор
ционально-интегральными или регуляторами ПИ-типа. У них отклонение частоты враще-
ния влияет как на величину, так и на скорость перемещения рейки топливных насосов.
В зависимости от изменяемых величин различают АРЧ одно- и двухимпульсные. Одноимпульсные АРЧ изменяют подачу топлива при изменении частоты и потому
снабжаются центробежными (частоты вращения вала) или электрическими (частоты тока) датчиками.
Двухимпульсные АРЧ дополнительно снабжены датчиком активного тока, поэтому у них подача топлива зависит как от частоты вращения ( тока ), так и от активной нагруз-
ки. Точность стабилизации частоты вращения у них лучше, чем у одноимпульсных, но при этом усложняется схема управления АРЧ.
В зависимости от наличия усиления различают АРЧ прямого и непрямого дейст-
вия. В АРЧ прямого действия датчик частоты вращения воздействует на регулирующий орган непосредственно, а в АРЧ непрямого действия - через усилитель (сервомотор).
АРЧ прямого действия применяются для ГА небольшой мощности. На большинст
ве современных судов применяются двухимпульсные ГА.
Более подробная классификация АРЧ приведена в таблице 3.1.
1.7. Изменение положения регуляторных характеристик АРЧ
Для равномерного распределения активных нагрузок при параллельной работе СГ необходимо иметь возможность:
1. изменять наклон ( статизм ) регуляторных характеристик;
2. перемещать характеристики параллельно самим себе.
Наклон ( статизм ) характеристик устанавливается в процессе настройки АРЧ и в процессе эксплуатации не изменяется.
Параллельное перемещение характеристики обеспечивается установкой регулирую
щего органа в новое фиксированное положение. Если этому положению соответствует уве
личение подачи топлива (пара), регуляторная характеристика перемещается вверх, если уменьшение - вниз.
Таким образом, параллельное перемещение регуляторных характеристик происхо-
дит каждый раз после включения генератора на шины с целью последующего перевода или распределения активной нагрузки.
Изменяют положение регулирующего органа с помощью серводвигателя электри-
ческого двигателя постоянного или переменного тока небольшой мощности.
Управление серводвигателем осуществляется вручную (оператором) или автомати-
чески. Для обеспечения устойчивой параллельной работы генераторов и равномерного распределения активной нагрузки статизм регуляторных характеристик дизелей должен быть не менее 3 %.
Регуляторы, имеющие гибкую обратную связь по частоте вращения, совмещают свойства статического и астатического регуляторов, однако не могут применяться при параллельной работе ДГ. В этом случае используют регуляторы, которые имеют жесткую обратную связь с регулируемой степенью статизма. Такие регуляторы являются универ-
сальными.
1.8. Требования Правил Регистра к ПД ГА
Двигатели, предназначенные для привода генераторов, должны удовлетворять сле-
дующим требованиям:
каждый двигатель, приводящий в действие генератор, должен иметь регулятор
частоты вращения, характеристики которого должны удовлетворять следующим требова
ниям:
.1. при мгновенном сбросе 100% нагрузки генератора кратковременное изменение
частоты вращения двигателя не должно превышать 10% расчетной частоты вращения;
.2. при мгновенном набросе нагрузки от нулевой до 50% расчетной нагрузки генера
тора, а также при последующем (после достижения установившейся частоты вращения) набросе оставшихся 50% нагрузки генератора кратковременное изменение частоты вращения двигателя не должно превышать 10% расчетной частоты вращения.
.3. при параллельной работе генераторов переменного тока в диапазоне от 20 до
100% общей нагрузки распределение ее на каждый генератор должно происходить про-
порционально их мощности и не должно отличаться более чем на 15% от расчетной нагрузки большего из генераторов или на 25% от расчетной нагрузки рассматриваемого генератора в зависимости от того, что меньше;
.4. при любых нагрузках от нулевой до 100% расчетной нагрузки генератора устано
вившаяся частота вращения двигателя не должна превышать расчетную более чем на 5%;
.5. установившаяся частота вращения при сбросах и набросах нагрузки генератора
должна достигаться не менее чем за 5 с;
.6. установившаяся частота вращения не должна колебаться более чем на ±1% ча-
стоты вращения, соответствующей конкретной установившейся нагрузке генератора.
Регулятор частоты вращения приводного двигателя аварийного генератора должен
иметь характеристики, удовлетворяющие требованиям пункта .1. при сбросе и набросе 100% нагрузки генератора.
Регулятор частоты вращения должен иметь устройство для местного и дистанцион
ного изменения частоты вращения в пределах ± 10%.
В дополнение к регулятору частоты вращения каждый приводной двигатель мощно
стью 220 кВт и более должен иметь отдельный предельный выключатель, отрегулирован-
ный таким образом, чтобы частота вращения двигателя не могла превысить расчетную более чем на 15%.
Предельный выключатель, включая его приводной механизм, должен быть незави
симым от регулятора частоты вращения.
Генераторы должны рассчитываться на непрерывную работу с учетом снижения мощности при эксплуатации судна.
При коротких замыканиях в судовой сети генераторы должны обеспечивать величи
ну установившегося тока короткого замыкания, достаточную для срабатывания защитных устройств.
У генераторов с независимым приводом должно обеспечиваться регулирование напряжения в пределах, указанных в разделе 9.5 и 9.6 настоящего пособия.
1.9. Требования Правил Регистра к распределение активной и реактивной нагрузки при параллельной работе генераторов
Основными приемниками электроэнергии СЭС являются асинхронные двигатели.
Они создают для судовых генераторов активно-индуктивную нагрузку. Такую нагрузку можно представить состоящей из активной и индуктивной частей.
Как известно из курса электрических машин, при параллельной работе синхронных генераторов активную нагрузку изменяют изменением подачи топлива приводных двига-
телей генераторов, а реактивную изменением тока возбуждения генератора.
Изменение подачи топлива обеспечивают АРЧ дизелей ( турбин ), изменение тока возбуждения АРН генераторов, в состав которых входят специально предназначенные для этой цели реактивные компенсаторы ( компенсаторы реактивной мощности ).
Поэтому Правила Регистра устанавливают требования к распределению как актив-
ной, так и реактивной нагрузки.
Требования к распределению активной нагрузки состоят в следующем::
1. при набросе (сбросе) 100 %-ной нагрузки изменение частоты вращения ПД не должно превышать ± 10 % номинального значения, а установившаяся частота вращения не должны отличаться более чем на ± 5 % номинальной (это требование одинаково для турбин и дизелей, за тем исключением, что у дизелей наброс нагрузки проводится в 2 ступени, по 50 % каждая);
2. колебания частоты вращения (размах) ДГ при нагрузках 25-100 % номинальной должны находиться в пределах ± 1 % номинальной;
3. должна обеспечиваться возможность местного и дистанционного изменения ча
стоты вращения в пределах ± 10 % номинальной.
Более подробно работа АРЧ рассматривается ниже ( см. п. «Распределение нагруз-
ки между параллельно работающими генераторами» ).
Требования к распределению реактивной нагрузки такие.
1. генераторы переменного тока, предназначенные для параллельной работы, долж
ны снабжаться такой системой компенсации реактивного падения напряжения, чтобы во время параллельной работы распределение реактивной нагрузки между генераторами не отличалось от пропорциональной их мощности более чем на 10% номинальной реактивной нагрузки наибольшего генератора или не более чем на 25% номинальной мощности наименьшего генератора, если это значение меньше вышеуказанного.
2. при параллельной работе генераторов переменного тока и нагрузке от 20 до100%
номинальной мощности могут быть допущены колебания тока в пределах ±15% номиналь
ной величины тока наибольшего генератора.
2. Системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов
2.1. Причины, влияющие на напряжение судовых синхронных генераторов
На напряжение судовых синхронных генераторов влияют 3 причины:
1. частота вращения ПД ( дизеля, турбины );
2. изменение тока нагрузки генератора;
3. нагрев при работе обмоток статора и ротора генератора.
Рассмотрим действие этих причин более подробно.
1. При изменении частоты вращения ПД изменяются сразу два параметра синхрон-
ного генератора:
1. частота тока генератора
f =
2. ЭДС обмотки статора генератора
Е = 4,44 f w Ф,
где р число пар полюсов на роторе генератора ( величина постоянная );
n частота вращения приводного двигателя генератора, об / мин;
4,44 постоянный коэффициент;
f частота переменного тока;
w число витков фазной обмотки ( величина постоянная );
Ф магнитный поток возбуждения генератора.
Из приведеннях формул следует, что при уменьшении частоты вращения ПД умень
шаются частота тока генератора, его ЭДС, а значит, и напряжение, и наоборот.
2. Основными приемниками ЭЭ на судах являются асинхронные двигатели. Они создают для синхронных генераторов активно-индуктивную нагрузку.
Действие активной и индуктивной составляющих тока нагрузки ( тока обмотки статора ) проявляется по разному. Так, при увеличении тока нагрузки:
.1. активная составляющая увеличивает тормозной электромагнитный момент гене-
ратора, что приведет к уменьшению скорости ПД и снижению напряжения СГ;
.2. индуктивная составляющая ослабляет магнитный поток генератора, что также
приводит к уменьшению его напряжения.
Таким образом, при набросе нагрузки каждая составляющая тока нагрузки снижает напряжение генератора.
3. При работе генератора его две обмотки - обмотка статора и обмотка возбуждения ( на роторе ), нагреваются, потому сопротивление обмоток увеличивается. В результате
увеличивается падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, а также и уменьшается ток возбуждения. В обоих случаях напряжение генератора уменьшается.
2.2. Компенсация действия причин, вызывающих изменение напряжения синхронных генераторов
Современные АРЧ и АРН позволяют успешно компенсировать действие причин, вызывающих изменение напряжения генераторов. При этом, в случае, если действие ка-
ких-либо причин не в состоянии компенсировать АРЧ, это делает АРН.
Например, если АРЧ дизеля ( турбины ) работает ненадежно, имеющийся в схеме АРН генератора узел частотной коррекции ( см. ниже ) изменяет в нужном направлении ток возбуждения генератора, поэтому напряжение получается стабильным.
Так, в случае, если частота вращения приводного двигателя генератора меньше но-
минальной, что приводит к уменьшению частоты тока и напряжения генератора, этот узел увеличивает ток возбуждения и тем самым восстанавливает напряжение.
Стабилизацию напряжения при изменении тока нагрузки по величине и характеру обеспечивает одновременное действие АРЧ и АРН.
Например, при набросе нагрузки на генератор АРЧ увеличивает подачу топлива, компенсируя увеличение тормозного электромагнитного момента генератора и стабилизи
руя частоту тока, а АРН увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напря-
жение до номинального ( см. ниже ).
Стабилизацию напряжения при нагреве генератора обеспечивается при помощи уз-
ла температурной компенсации в составе АРН ( см. ниже ). При нагреве этот узел авто-
матически увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напряжение до номи-
нального.
2.3. Требования международных и национального классификационных обществ к судовым АРН
Числовые значения показателей качества электроэнергии регламентируются прави-
лами и нормами различных классификационных обществ и организаций.
Соблюдение этих значений гарантирует надежную и экономичную работу потреби-
телей.
Общие требования, предъявляемые к cудовым СГ, первичным двигателям и регуля
торам напряжения с целью получения во всех рабочих режимах электроэнергии требуемого качества, заключаются в том, что должна быть обеспечена:
1. заданная степень надежности;
2. требуемая точность поддержания напряжения и частоты при изменении режима нагрузки от холостого хода до номинальной;
3. устойчивость параллельной работы генераторов с различными соотношениями их мощностей.
Приводные двигатели, генераторы и их регуляторы должны обеспечивать необходи
мые качественные и количественные показатели в переходных процессах (набросы и сбро
сы нагрузок, короткие замыкания и т. д.).
Надежность работы СЭС достигается выбором элементов СЭУ с высокими показателями надежности, мощностью и числом генераторов.
Правила Регистра требуют, чтобы на каждом судне было предусмотрено не менее двух основных источников энергии (за исключением судов с ограниченным районом плавания при мощности источника тока менее 20 кВт).
Мощность основных источников электрической энергии должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого источника оставшиеся обеспечивали питание систем, необходимых для движения и безопасности судна в ходовом или аварийном режиме.
Суммарная мощность и мгновенная перегрузочная способность всех агрегатов переменного тока, питающих судовую сеть, должна быть достаточной для пуска самого мощного электродвигателя с наиболее трудным пуском в случае выхода из строя любого из имеющихся генераторов. При этом не должно быть понижения напряжения и частоты, вызывающего выпадение из синхронизма, остановку приводного двигателя генератора, а также самопроизвольное отключение работающих машин и аппаратов.
В правилах Японского классификационного общества указывается, что мощность и число судовых генераторов должны быть достаточными для обеспечения необходимого режима нагрузки, для движения (безопасности судна даже при невозможности использо
вания одного из генераторов).
Американское бюро судоходства требует, чтобы все океанские суда, использующие электричество для вспомогательных нужд и освещения, должны иметь не менее двух вспо
могательных генераторов.
Мощность генератора или генераторов должна быть достаточной для обеспечения
необходимого режима нагрузки на ходу в нормальных условиях при любом генераторе,
находящемся в резерве.
Требования основных классификационных обществ к точности поддержания напря
жения ±Δ U ( % ), наибольшему допустимому провалу ( забросу ) напряжения в переход-
ном режиме ± Δ Umax( % ) и времени восстановления напряжения t ( с ) приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2.
Требования основных классификационных обществ к качественным показа-
телям электроэнергии
Классификационное общество |
Точность поддержа- ния напряжения ±Δ U, ( % ) |
Наибольший допу- стимый провал ( за- брос ) напряжения ± Δ Umax, ( % ) |
Время восстанов- ления напряжения t ( с ) |
Регистр России |
±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной при номинальном cosφ |
- 15%….+20% при набросе и сбросе на грузки величиной 60% Iи с cosφ = 0,4 |
1,5 с точностью ± 3% U |
Английский Ллойд |
±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной при номинальном cosφ |
- 15% при набросе нагрузки величиной 60% Iи с cosφ = = 0…0,4 |
1…1,5 с точностью ± 3% U( при на- бросе нагрузки 35% I) |
Американское бюро судоходства |
±4% во всем диапа- зоне изменения на- грузки |
* |
- |
Норвежское бюро Веритас |
±2,5% во всем диа- пазоне изменения нагрузки |
- 15%* |
- |
Французское бюро Веритас |
±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной |
- 15% при набросе 50% нагрузки с cosφ не более 0,4 |
3 с точностью ± 3% U |
Японское классифи кационное общест- во |
±1,5% без компенса ции реактивной мощ ности и ±4% при ком пенсации и измене нии нагрузки от 0 до номинальной величи ны |
* |
- |
Германский Ллойд |
- |
- 15% при набросе 50% нагрузки с cosφ не более 0,4 |
3 |
Итальянский Регистр |
- |
- 15% при набросе 60% нагрузки с cosφ не более 0,4 |
1…1,5 |
МЭК ( Международ ная электротехни- ческая комиссия ) |
±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной |
- 15% при набросе нагрузки I = 60% I с cosφ не более 0,4 |
1 c точностью ± 3% U |
Достигнутые наибо лее высокие резуль таты эксплуатации |
±1% |
±10% при набросе 100% и сбросе 50% нагрузки |
0,3 |
* В правилах оговаривается: в системе не должно быть понижения напряжения при пуске наиболее мощного потребителя, которое могло бы повлечь выпадение из синхронизма, остановку первичного двигателя, а также самопроизвольное отключение работающих машин и аппаратов.
2.4. Требования Правил Регистра к сохранению работоспособности судовых приемников электроэнергии при колебаниях напряжения и частоты тока сети
Правила Регистра предъявляют жесткие требования к качеству электроэнергии
( величине напряжения, частоты тока и др. ), выполнение которых обеспечивают АРЧ
дизелей ( турбин ) и АРН судовых генераторов.
Однако на практике возможны нарушения этих требований вследствие, например, износа топливных насосов, старения полупроводниковых приборов в составе АРН и т.п.
Поэтому судовые приемники электроэнергии должны сохранять работоспособ-
ность даже при отклонениях питающего напряжения и частоты тока от номинальных значений, указанных в табл. 3.3.
Таблица 3.3.
Допускаемые для судовых приемников электроэнергии отклонения (%) напряжения и частоты от номинальных значений
Параметр |
Длительное |
Кратковременное |
Напряжение Частота |
+ 6…-10 ± 5 |
+ 20…-30* ± 10** |
Примечание:
* в течение 1,5 с;
* в течение 5 с.
3. Принципы построения систем автоматического регулирования напряжения
Основные сведения
Основной функцией АРН является стабилизация напряжения СЭС посредством изменения тока возбуждения генератора.
Кроме того, схемы АРН дополняются устройствами, обеспечивающими надежное самовозбуждение СГ на холостом ходу и контурами коррекции напряжения по частоте и температуре генератора.
Все комплектное устройство, обеспечивающее самовозбуждение генератора и ста-
билизацию его напряжения, будем называть системой возбуждения и автоматического регулирования напряжения ( СВАРН ).
В СВАРН часть энергии переменного тока отбирается с выводов генератора, регу-
лируется элементами АРН, преобразуется в энергию постоянного тока и подается в обмот-
ку возбуждения генератора ( см. выше 2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ СЭЭС. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ, п. 5.2 «Системы возбуждения СГ» )..
СВАРН СГ могут быть построены по одному из следующих принципов регулиро-
вания тока возбуждения:
или току нагрузки и коэффициенту мощности ( прямое фазовое компаундирование );
( комбинированные системы ).
3.2. Системы АРН, действующие по возмущению.
Для синхронных генераторов под возмущением понимают изменение тока нагрузки по значению и характеру ( амплитуде и фазе ).
Обязательным признаком таких систем является наличие в составе СВАРН транс-
форматора ( фазового ) компаундирования ТК ( рис. 3.4, а).
Рис. 3.4. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения с регулированием по возмущению: а принципиальная схема; б векторная диаграмма магнитных потоков ТК при изменении тока нагрузки по значению ( амплитуде ); в то же, при изменении тока нагрузки по характеру ( фазе )
На общем магнитопроводе ТК расположены первичные обмотки тока wт, напряже-
ния wн и вторичные, суммирующие обмотки wc.
Векторы магнитных потоков обмоток ТК совпадают с векторами токов соответст-
вующих обмоток.
Значение вектора магнитного потока Фт, создаваемого обмотками wт , определяет-
ся значением тока нагрузки генератора, а его направление совпадает с направлением век-
тора полного тока генератора I (рис. 3.4, б).
Значение и направление вектора Фн не зависят от тока нагрузки генератора и опре-
деляются сопротивлением цепи обмоток w н. В данном случае благодаря включению ком-
паундирующего элемента (дроссель L) вектор тока и магнитного потока в обмотках w н
отстает от вектора напряжения генератора примерно на угол 90° (рис. 3.4, б).
Магнитные потоки Фт и Фн создают в совокупности суммарный магнитный поток
Фс = Фт + Фн, который пересекает суммирующую обмотку и индуктирует в ней перемен-
ную ЭДС.
Эта ЭДС выпрямляется при помощи выпрямительного мостика UZ, вследствие чего через обмотку возбуждения СГ протекает постоянный ток возбуждения.
В соответствии с соотношением Е = сωФ, чем больше ток возбуждения, тем боль-
ше магнитный поток Ф и тем больше ЭДС СГ.
На практике изменение тока нагрузки генератора происходит одновременно как по значению, так и характеру.
Для упрощения объяснения рассмотрим изменение тока нагрузки поочередно,
сначала по его значению ( рис. 3.4, б ) , а затем по характеру ( рис. 3.4, в ).
В случае увеличения тока нагрузки СГ без изменения фазы (см. рис. 3.4, б) ( φ =
= соnst ) напряжение генератора может уменьшиться, однако вместе с током нагрузки увеличится магнитный поток обмоток тока до значения Ф'т. Соответственно увеличится магнитный поток суммирующих обмоток Фс до значения Ф'с. Ток возбуждения СГ возрастет, и напряжение восстановится до номинального значения.
Таким образом, в СГ токовые обмотки wт выполняют ту же роль, что последова-
тельная обмотка возбуждения в генераторах постоянного тока смешанного возбуждения, а именно: компенсировать своим магнитным потоком потерю напряжения вследствие увели
чения нагрузки. Напомним, что именно благодаря наличию последовательной обмотки возбуждения генераторы постоянного тока смешанного возбуждения не нуждаются в авто
матических регуляторах напряжения и поэтому применяются в качестве основных генера-
торов, предназначенных для производства электроэнергии.
В случае изменения тока нагрузки генератора по фазе при постоянном его значении (рис. 3.4 в) ( I = соnst ) изменяется размагничивающее действие продольной составляю-
щей магнитного потока реакции статора. В результате ЭДС генератора также изменит свое значение. На диаграмме в связи с увеличением индуктивной составляющей тока вектор Фт переместится в положение Фт". Суммарный магнитный поток увеличится до значения Фс"> Фс. Ток возбуждения СГ увеличится, а напряжение стабилизируется.
Регулирование тока возбуждения СГ по значению и характеру ( амплитуде и фазе ) тока нагрузки называется амплитудно-фазовым компаундированием. В переводе с англий-
ского глагол to compound означает «смешивать», в данном случае, смешивать магнитные потоки токовых обмоток и обмоток напряжения и получать суммарный магнитный поток, пересекающий витки суммирующих обмоток.
В рассмотренной схеме суммирование воздействий тока нагрузки и напряжения выполнено электромагнитным путем, т.е. суммированием магнитных потоков токовых обмоток Фт и обмоток напряжения Фн при помощи трансформатора компаундирования ТК.
Значительные размеры и масса ТК ухудшают массогабаритные показатели СЭС, кроме того, мощная магнитная система ТК увеличивает время переходных процессов.
Принципиально возможно суммирование воздействий тока нагрузки и напряжения электрическим путем, т.е. суммированием не магнитных потоков, а напряжений, одно из
которых пропорционально току нагрузки, а второе напряжению генератора. Обычно та-
кое суммирование применяют для генераторов небольшой мощности до нескольких десятков кВт.
3.3. Системы АРН , действующие по отклонению
В АРН под отклонением ( регулируемой величины ) понимают отклонение напря
жения по отношению к номинальному.
В таких системах исключен ТК, а АРН работает как корректор напряжения КН
( рис. 3.5, а ).
Принцип действия системы состоит в том, что корректор КН измеряет истинное
значение напряжения СГ, и в случае его отклонения вырабатывается управляющий сиг-
нал, который через регулирующий элемент ( например, управляемый выпрямитель UZ) изменяет в нужную сторону ( корректирует ) ток возбуждения СГ.
Рис. 3.5. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения с управлением по отклонению:
а - с корректором напряжения; б - комбинированная.
Кроме того, через КН д о п о л н и т е л ь н о осуществляется коррекция напряже-
ния СГ по температуре и частоте.
Также в КН включается узел (контур) для автоматического распределения реактив
ных нагрузок при параллельной работе СГ.
Системы, действующие по отклонению напряжения, не имеют в своем составе ТК, что
делает их более компактными. Такие системы имеют лучшее быстродействие, чем систе-
мы с ТК.
3.4. Комбинированные СВАРН
В схемах этих систем имеются ТК и КН (рис. 3.5, б). С помощью ТК регулирование выполняется с недостаточной точностью, обычно ± 3,5 4%, а применение КН повышает точность регулирования до ±1,5 - 2%. Поэтому в целом комбинированные СВАРН облада-
ют высокой точностью стабилизации напряжения СГ.
Принцип действия комбинированной системы состоит в том, что ток с выхода КН поступает на обмотку управления w, расположенную на магнитопроводе ТК. Как прави-
ло, при отключенном КН напряжение генератора увеличено (примерно на 10 % номиналь-
ного). Ток обмотки w размагничивает трансформатор компаундирования, уменьшая ре-
зультирующий магнитный поток. В случае применения управляемого выпрямителя UZ корректор напряжения может воздействовать непосредственно на его систему управления.
Схемы КН и их элементная база отличаются большим разнообразием: они выполня
ются на базе магнитных усилителей или с применением полупроводниковых устройств.
Вне зависимости от типа СВАРН, основную часть схемы СВАРН дополняют уст-
ройствами, предназначенными для повышения устойчивости параллельной работы и компенсации влияния на напряжение СГ колебаний частоты вращения ПД и нагрева СГ.
К таким устройствам относятся:
Основные сведения
Реактивный компенсатор это электротехническое устройство, предназначенное для автоматического распределения реактивных нагрузок между параллельно работаю-
щими синхронными генераторами.
Распределять реактивную нагрузку между параллельно работающими генератора-
ми можно двумя способами:
1. вручную;
2. автоматически.
В первом случае оператор ( электромеханик или вахтенный механик ) одновремен-
но поворачивает рукоятки реостатов возбуждения обоих генераторов в разные стороны - у нагружаемого генератора по часовой стрелке, у разгружаемого против часовой стрелки.
При повороте рукоятки по часовой стрелке сопротивление реостата уменьшается, а ток возбуждения увеличивается, что приводит к увеличению реактивной части тока нагруз
ки, т.е. этот генератор принимает на себя реактивную нкгрузку.
При повороте рукоятки против часовой стрелки происходит обратный процесс.
Сами рукоятки реостатов возбуждения выведены на лицевую часть секции каждого генератора ( генераторной секции ).
Автоматическое распределение реактивной нагрузки, как сказано выше, выполняет сам реактивный компенсатор.
Однако, вне зависимости от того, вручную или автоматически переводится нагруз-
ка, для ее перевода надо увеличить или уменьшить ток возбуждения генератора.
Изменение тока возбуждения приводит к перемещению внешних характеристик генераторов параллельно самим себе при увеличении тока возбуждения характеристика
перемещается вверх, при уменьшении тока возбуждения вниз..
Основной причиной неравномерного распределения реактивных нагрузок является
разный наклон ( статизм ) внешних характеристик параллельно работающих генераторов,
даже если они одного типа.
Напомним, что наклон внешней характеристики, или статизм (%), определяется изменением напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальному:
Δ U = [ ( U- U ) / U ]*100 ( 3.1 ),
где Uи U - напряжения соответственно холостого хода и номинального.
Рис. 3.6. Внешние характеристики СГ с разным статизмом
При этом меньшему статизму ( наклону ) характеристики соответствует больший ток нагрузки I> I, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2 (рис. 3.6 ).
Таким образом, при одинаковом напряжении Uна шинах ГЭРЩ генераторы нагружены по разному 1-й перегружен, а 2-й недогружен.
Регулирование реактивных нагрузок может осуществляться двумя способами:
1. вручную;
2. автоматически.
Для ручного распределения реактивных нагрузок надо увеличить ток возбуждения генератора с меньшим током нагрузки и одновременно уменьшить у генератора с боль-
шим током нагрузки. При этом внешние характеристики СГ переместятся параллельно самим себе: характеристика 2 вверх, до положения характеристики 2', а характеристика 1 вниз, до положения характеритики 1'. Изменение токов возбуждения надо прекратить в точке А, в которой реактивные нагрузки обоих генераторов равны.
Автоматическое регулирование реактивных нагрузок обеспечивают специальные устройства - реактивные компенсаторы ( компенсаторы реактивной мощности ).
Процесс перемещения внешних характеристик 1 и 2 в положение 1', 2' одинаков
Как при ручном, так и автоматическом регулировании. Разница состоит лишь в том, что характеристики перемещаются при ручном регулировании характеристики за счет измене
ния токов возбуждения генераторов вручную, а при автоматичеком путем автоматиче-
ского изменения токов возбуждения генераторов.
4.2. Схемы реактивных компенсаторов
Реактивные компенсаторы включают только на время параллельной работы СГ, а при одиночной отключают.
Для этого служит переключатель режимов работы генератора, имеющий два поло
жения:
1. одиночная работа генератора;
2. параллельная работа генератора.
Переключатель установлен на каждой генераторной секции ГЭРЩ.
Конструктивно реактивный компенсатор представляет собой часть ( блок ) автома-
тического регулятора напряжения синхронного генератора.
Различают два вида реактивных компенсаторов:
1. статический;
2. астатический.
Схемы реактивных компенсаторов показана на рис. 3.7, а и 3.7, в.
Рис. 3.7. Реактивные компенсаторы: а, б ) схема статического компенсатора и его векторная диаграмма; в - схема астатического компенсатора
Реактивный статический компенсатор ( рис. 3.7, а ) состоит из трансформатора тока ТА в фазе А и компаундирующего резистора R. Падение напряжения Ūна этом резисто-
ре прямо пропорционально току I фазы А и совпадает с этим током по фазе. Это напря-
жение суммируется с линейным напряжением Ū , после чего суммарное напряжение управления Ū= Ū + Ū поступает на вход корректора напряжения КН ( векторная диаграмма на рис. 3.7, б ). С выхода КН выпрямленное напряжение поступает в схему ТФК.
Допустим, индуктивная составляющая тока нагрузки СГ увеличилась, вектор тока
фазы А повернулся на угол φ > φ и занимает положение, обозначенное на рис. 3.7, б век-
тором I. При этом на такой же угол повернется вектор напряжения Ū , вследствие
чего длина вектора напряжения управления увеличится до значения Ū> Ū.
С помощью КН ток возбуждения генератора будет уменьшен,
В то же время в компенсаторе второго параллельно работающего генератора проис-
ходит обратный процесс, т.е. его ток возбуждения увеличивается. Этот процесс закончит-
ся тогда, когда реактивные токи обоих генераторов станут одинаковыми.
Описанное выше устойчивое распределение реактивных нагрузок возможно при статизме характеристик в 3…4%.
При меньшем статизме устойчивость распределения нагрузок нарушается, тогда
применяют уравнительные соединения между обмотками возбуждения СГ, компенсирую
щие неравенство токов возбуждения ( см. ниже )
При перераспределении реактивных нагрузок одновременно изменяется напряже-
ние, ухудшается процесс стабилизации, причем чем больше статизм характеристик, тем в большей степени изменяется напряжение.
Для устранения этих недостатков применяют астатические компенсаторы с комби-
нированным управлением (рис. 3.7, в). В схемах таких компенсаторов резисторы R2 соеди
нены уравнительным соединением УС.
В режиме одиночной работы СГ вспомогательный контакт QF автоматического вы
ключателя разомкнут, поэтому уравнительное соединение отключено.
На вторичной обмотке трансформатора ТА возникает ЭДС, значение которой про-
порционально току нагрузки фазы А. Под действием ЭДС возникают токи i= i, кото-
рые по полуобмоткам трансформатора TV текут встречно, не наводя ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.
При параллельной работе СГ контакт QF замкнут. Если нагрузки генераторов оди-
наковы, то в контурах их компенсаторов протекают одинаковые токи i, на резисторах R2 создаются одинаковые падения напряжения Ur, и через уравнительную связь УС ток протекать не будет.
При перегрузке 1-го СГ в контуре его компенсатора значения токов iи i будут больше, чем в контуре компенсатора 2-го СГ. Теперь на резисторе R2 схемы компенсатора 1-го СГ падение напряжения окажется больше, чем на резисторе R2 компенсатора 2-го СГ. Через УС между резисторами R2 компенсаторов потечет уравнительный ток, который на этих резисторах создает дополнительное падение напряжения Δ Ur.
В схеме компенсатора 1-го СГ напряжение Δ Ur. будет действовать согласно ЭДС трансформатора ТА, что приведет к увеличению тока i. В это же время в компенсаторе 2-го СГ напряженке Δ Ur. будет действовать встречно ЭДС трансформатора ТА и ток i уменьшится. Во вторичных обмотках трансформатора TV возникнут ЭДС противо
положной фазы и корректоры напряжения генераторов выработают противоположные управляющие сигналы: в СВАРН 1-го СГ ток возбуждения будет уменьшен ( уменьшение
реактивной нагрузки ), а в СВАРН 2-го СГ увеличен ( увеличение реактивной нагрузки ).
Если реактивный компенсатор в составе АРН отсутствует, пропорциональное рас-
пределение реактивных нагрузок обеспечивают при помощи т.н. уравнительных связей
( см. ниже, рис. 3.23 и пояснение к нему ).
5. Контуры коррекции напряжения синхронных генераторов
5.1. Основные сведения
То соrrect ( англ. ) исправлять, нейтрализовать ( вредное влияние ), делать замеча
ние, регулировать, править ( корректуру ) (англо-русский словарь Мюллера, 9-е издание )..
Применительно к системам АРН, следует использовать второе значение этого гла
гола нейтрализовать.
Контуром коррекции напряжения называется электротехническое устройство, предназначенное для устранения ( нейтрализации ) влияния на напряжение генератора двух факторов:
1. колебаний скорости приводных двигателей генераторов ( дизелей, турбин );
2. нагрева обмоток статора и ротора самого генератора.
Контуры коррекции изготовляются в виде блока, дополнительного по отношению к самому автоматическому регулятору напряжения.
Корректоры предназначены не для регулирования напряжения эту задачу выпол-
няет сам автоматический регулятор напряжения, а для повышения точности регулирова-
ния напряжения, предварительно отрегулированного автоматическим регулятором.
Если АРН не имеет корректора напряжения, то точность регулирования напряже-
ния ( отклонение от номинального ) обычно составляет ±3,5% номинального.
Если АРН дополнен корректором, то точность регулирования напряжения составля
ет ±1,5% номинального.
Характерным признаком неисправности корректора являетя заброс напряжения генератора до 430…450 В ( см. ниже «Схема СВАРН генераторов типа МСС» )..
5.2. Контуры частотной коррекции
Частота переменного тока СГ определяется выражением
f = ,
где р число пар полюсов ротора СГ ( величина постоянная );
n частота вращения ротора, об / мин.
Отсюда следует, что любое изменение скорости ПД генератора дизеля или турби-
ны, автоматически приводит к изменению частоты тока СГ.
В свою очередь, изменение частоты тока вызывает прямо пропорциональное изме-
нение ЭДС СГ ( В )
Е = 4,44fwФ,
где 4,44 постоянный коэффициент;
f частота переменного тока, Гц;
w число витков фазной обмотки статора генератора;
Ф магнитный поток, Вб.
При этом изменяется напряжение на зажимах генератора ( В )
U = E Iz,
где I ток нагрузки ( ток обмотки статора ), А;
z полное ( кажущееся ) сопротивление фазной обмотки статора, Ом.
Чем больше частота тока, тем больше ЭДС и напряжение СГ, и наоборот.
Для стабилизации значения ЭДС и напряжения надо при повышении частоты тока
уменьшать магнитный поток Ф ( и наоборот ), тогда ЭДС Е не изменится:
Е = 4,44↑fw↓Ф = const.
Для изменения магнитного потока надо изменять ток возбуждения генератора.
Для этого в схему КН включается контур частотной коррекции ( рис. 3.8 ).
Рис. 3.8. Принципиальная схема контура частотной коррекции
Обычно это контур типа L C, настроенный на определенную резонансную часто-
ту, при которой контур имеет минимальное сопротивление. Например, если контур L C настроен на частоту 80 Гц, то при повышении частоты СГ (при f = 50 Гц) сопротивле-
ние контура уменьшится и корректор уменьшит ток возбуждения и напряжение СГ.
5.3. Контуры температурной компенсации
При работе СГ его обмотка статора и обмотка возбуждения нагреваются, их сопро-
тивление увеличивается.
Увеличение активного сопротивления обмотки статора приводит к увеличению полного сопротивления обмотки
Z = ,
где: R активное сопротивление обмотки статора, Ом;
X- индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом.
При этом увеличивается падение напряжения на обмотке статора Iz, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах СГ.
Увеличение сопротивления обмотки ротора приводит к уменьшению тока возбуж
дения
I= ,
где U- напряжение возбуждения СГ, В;
R- сопротивление обмотки возбуждения, Ом.
Уменьшение тока возбуждения приводит к уменьшению магнитного потока Ф, ЭДС и напряжения СГ.
Таким образом, нагрев обмоток статора и возбуждения снижает напряжение син-
хронных генераторов.
Для температурной компенсации используют полупроводниковые приборы, сопро-
тивление которых зависит от температуры терморезисторы. Эти приборы встраивают в лобовые части обмотки статора СГ ( терморезистор RК на рис. 3.9).
Рис. 3.9.Принципиальная схема температурной коррекции
При нагреве обмоток напряжение СГ уменьшается, в то же время нагревается и ре-
зистор RК: его сопротивление увеличивается, и на входе КН напряжение уменьшится.
Корректор напряжения СВАРН увеличивает ток возбуждения СГ, в результате напряжение СГ также увеличится
6. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов типа МСС
Устройство АРН
Генераторы типа МСС установлены на большом количестве судов отечественной постройки. Схема их СВАРН представляет собой комбинированную систему стабилиза-
ции напряжения. Она сравнительно проста и показала себя надежной в эксплуатации.
К основным элементам, входящим в систему, относятся ( рис. 3.10 ):
щей обмотки w и подает питание на обмотку возбуждения генератора ОВ;
( дроссель отбора тока ДОТ );
щим резистором R3 и выключателем SА;
Рассмотрим устройство и принцип действия основных узлов схемы СВАРН.
Трансформатор компаундирования ТК
На каждом стержне магнитопровода ТК размещены 4 обмотки: 2 первичные токо
вая wти напряжения wн , и 2 вторичные суммирующая wc и напряжения w.
Назначение и принцип действия первых трех обмоток - wт, wн и wc объяснены вы-
ше, вторичная обмотки w входит в состав узла распределения реактивных нагрузок и, кро-
ме того, обеспечивает коррекцию по напряжению и, вместе с терморезистором RK , кор-
рекцию по температуре ( см. ниже ).
У стержня, на котором расположена обмотка напряжения w, установлен магнит-
ный шунт, который увеличивает индуктивное сопротивление этих обмоток. Поэтому век-
торы тока и магнитного потока Фобмоток wотстают от вектора напряжения генератора на угол примерно 90º ( рис. 3.10, б ).
Дроссель отбора тока ( ДОТ )
Как следует из схемы, пониженное при помощи ТК линейное напряжение U
обмотки w через резисторы R3 и R1 поступает на вход выпрямительного мостика UZ3, с выхода которого выпрямленное напряжение через резистор R2 и терморезистор RK пода
ется на обмотку управления wу дросселя отбора тока ДОТ.
ДОТ представляет собой 3-фазный дроссель с тремя стержнями, на каждом из них
находится рабочая обмотка. Эти обмотки соединены в «звезду». Они включены параллель
но по отношению к суммирующей обмотке wc, т.е. выполняют роль своеобразного 3-фаз-
ного шунта переменного тока.
Как следует из схемы, суммирующая обмотка служит источником питания двух об-
моток обмотки возбуждения генератора через мостик UZ1 и трех рабочих обмоток wр
непосредственно.
Принцип действия ДОТ состоит в следующем: при изменении тока в его обмотке управления wу изменяется степень подмагничивания сердечника, что приводит к измене
нию индуктивного сопротивления его рабочих обмоток wр. Например, при увеличении тока в обмотке управления wу сердечник дросселя дополнительно подмагничивается, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления рабочих обмоток wр, а значит, по закону Ома, к увеличению тока в них.
Увеличенный ток рабочих обмоток протекает через суммирующую обмотку wc и
увеличивает падение напряжения на ней. В результате напряжение на выходе суммирую-
щей обмотки уменьшается, что приводит к уменьшению тока возбуждения генератора в обмотке ОВГ и снижению напряжения на зажимах генератора.
Таким образом, при увеличении тока в обмотке управления wу ДОТ напряжение генератора уменьшается, и наоборот.
Рис. 3.10. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения СГ типа МСС: а принципиальная схема; б векторная диаграмма магнитных потоков ТК ; в векторная диаграмма напряжений корректора напряжения
Самовозбуждение генератора
Процесс самовозбуждения синхронных генераторов протекает следующим обра-
зом.
Полюса ротора СГ имеют небольшой магнитный поток, который называют остаточ
ным Ф.
При пуске ПД ротор СГ начинает вращаться, поэтому вместе с полюсами СГ этот поток вращается, пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в ней неболь-
шую, порядка 20…30 В остаточную ЭДС. Эта ЭДС поступает в обмотку напряжения w
ТК.
В результате в суммирующей обмотке wc появляется вторичная ЭДС величиной в несколько вольт ( пара обмоток wи wc работает как обычный понижающий трансформа-
тор, в котором w- первичная обмотка, а wc вторичная ).
Эта ЭДС поступает на мостик UZ1, при помощи которого выпрямляется.
В результате в обмотке возбуждения генератора G возникает ток возбуждения, что приводит к резкому увеличению магнитного потока полюсов ротора. ЭДС обмотки стато
ра увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на обмотках wи wc ТК, а значит, к увеличению тока возбуждения генератора.
Далее описанный процесс увеличения тока возбуждения генератора повторяется. Напряжение на зажимах генератора также увеличивается.
Процесс самовозбуждения закончится в одном из двух случаев:
ратора составляет 430…460 В ( в зависимости от типа генератора ) при номинальном на-
пряжении 400 В;
реостата, при помощи которого можно изменять напряжение от нуля до максимального.
В данной схеме описанный процесс самовозбуждения невозможен, потому что при
малых напряжениях на входе мостика UZ1 ( в начале процесса самовозбуждения ) прямое сопротивление диодов мостика велико. Иначе говоря, мостик UZ1 представляет собой своеобразную «пробку» на пути увеличения тока возбуждения генератора.
Поэтому для обеспечения начального самовозбуждения в данной схеме использо-
ван генератор начального возбуждения ГНВ
Генератор начального возбуждения ГНВ
ГНВ предназначен для устойчивого начального возбуждения генератора G.
ГНВ представляет собой 1-фазный генератор переменного тока с сильными посто-
янными магнитами на статоре ( т.е. у него нет обмотки возбуждения на магнитных полю-
сах статора ) и выходной обмоткой на роторе. Ротор ГНВ сидит на одном валу с ротором СГ.
Процесс начального самовозбуждения СГ протекает следующим образом.
После пуска ПД роторы СГ и ГНВ начинают разгоняться. При этом мощный маг-
нитный поток полюсов ГНВ пересекает обмотку ротора ГНВ и наводит в ней 3-фазную ЭДС, которая выпрямляется при помощи мостика UZ2 и после выпрямления поступает на обмотку возбуждения ОВГ СГ.
В результате в обмотке статора СГ индуктируется 3-фазная ЭДС, которая через об-
мотку напряжения wтрансформируется в суммирующую обмотку w, выпрямляется при помощи мостика UZ1 и после выпрямления поступает на обмотку возбуждения ОВГ СГ.
При этом ток возбуждения СГ увеличивается, что приводит к увеличению 3-фазной ЭДС обмотки статора, а значит, к увеличению прямого напряжения на диодах мостика UZ1 до значения, при котором диоды начинают пропускать ток ( для кремниевых диодов это напряжение составляет порядка 1 В ).
Как следует из схемы, выходные напряжения мостиков UZ1 и UZ2 направлены встречно. Поэтому в номинальном режиме работы СГ, когда напряжение на выходе мости
ка UZ1 больше напряжения на выходе мостика UZ2, последний «запирается» и далее в ра-
боте схемы не участвует.
Амплитудно-фазовое компаундирование
Процесс амплитудно-фазового компаундирования поясняется с помощью вектор-
ной диаграммы, представленной на рис. 3.10, б.
Как следует из диаграммы, вектор магнитного потока Фн обмотки напряжения wн отстает от вектора фазного напряжения генератора U на угол 90º, что объясняется боль-
шим индуктивным сопротивлением этой обмотки, обусловленным действием магнитного шунта ТК.
Рассмотрим регулирование напряжения по величине ( амплитуде ) и характеру ( фа
зе ) поочередно.
Регулирование напряжения по величине ( амплитуде ) тока нагрузки
Рассмотрим регулирование напряжения при изменении тока нагрузки по амплитуде ( величине ).
При некотором токе нагрузки магнитный поток Фт токовой обмотки wт ТК отстает от напряжения генератора U на угол φ.
Этот поток суммируется с магнитным потоком Фн обмотки напряжения wн ( по пра
вилу параллелограмма ), в результате суммарный магнитный поток этих двух обмоток Фс
пересекает витки суммирующей обмотки wc, наводя в последней некоторую ЭДС взаимо-
индукции.
Эта ЭДС поступает на вход мостика UZ1 и выпрямляется, вследствие чего через об
мотку возбуждения генератора ОВГ протекает ток, обеспечивающий необходимое напря-
жение на зажимах генератора.
Если ток нагрузки увеличится, то напряжение генератора уменьшится. Однако при этом вектор магнитного потока токовой обмотки wт увеличится от прежнего значения Фт
до нового значения Ф'т , что приведет к увеличению магнитного потока суммирующей обмотки wc от значения Фс до значения Ф'с , а значит, к увеличению ЭДС в этой обмотке и тока возбуждения.
В результате напряжение генератора восстановится.
Регулирование напряжения по характеру ( фазе ) тока нагрузки
Если ток нагрузки, не изменяясь по величине, станет более индуктивным, напряже
ние генератора уменьшится из-за усиления размагничивания генератора идуктивной со-
ставляющей тока нагрузки, протекающего через обмотку статора генератора.
Однако при этом вектор магнитного потока токовой обмотки wт , не изменяясь по величине, повернется на больший угол φ1( φ1>φ ), т.е. переместится из положения, занима
емого вектором Фт , в положение вектора Ф''т что приведет к увеличению магнитного пото
ка суммирующей обмотки wc от значения Фс до значения Ф''с , а значит, к увеличению ЭДС в этой обмотке и тока возбуждения.
В результате напряжение генератора восстановится.
Коррекция по отклонению напряжения от заданного значения
Напомним, что основную роль в стабилизации напряжения играет ТК, с помощью которого отклонение напряжения от заданного значения не превышает ± 3,5%.
Для повышения точности регулирования до ± 1,5%.в схеме использована коррек-
ция по отклонению напряжению.
Узел коррекции по напряжению работает так.
При уменьшении напряжения генератора уменьшается линейное напряжение UВС
на вторичной обмотке w ТК. При этом уменьшается ток в обмотке управления wу дросселя отбора тока ДОТ, что приводит ( см. объяснение работы ДОТ выше ) к увеличению тока возбуждения генератора и восстановлению напряжения.
Коррекция по температуре
При повышении температуры обмоток статора и ротора напряжение генератора уменьшается. Однако при этом одновременно увеличивается сопротивление терморезисто
ра RK, что приводит к уменьшению тока в в обмотке управления wу дросселя отбора тока ДОТ. В результате ( см. объяснение работы ДОТ выше ) ток возбуждения генератора уве-
личивается, и напряжение генератора восстанавливается.
Компенсатор реактивной мощности
В состав компенсатора входят: трансформатор тока ТА, компаундирующий рези-
стор R3 и выключатель SА.
Первичная обмотка ТА включена в линейный провод фазы А. В цепь вторичной обмотки включен последовательно компаундирующий резистор R3.
Переключатель SA имеет два положения «Одиночная работа генератора» и «Па
раллельная работа генератора».
При одиночной работе генератора выключатель SА включен, его контакт замкнут и шунтирует вторичную обмотку трансформатора тока ТА и компаундирующий резистор R3. Поэтому компенсатор реактивной мощности не работает.
При параллельной работе СГ выключатель SА разомкнут. Теперь через вторичную обмотку ТА и резистор R3 протекает ток вторичной обмотки, создающий на резисторе R3
падение напряжения
Ū= Ī R3,
где Ī - ток вторичной обмотки ТА, прямо пропорциональный току фазы А гене-
ратора;
R3 сопротивление компаундирующего резистора.
Резистор R3 и вторичные фазные обмотки «В»и «С» ТК соединены последователь-
но, поэтому на вход выпрямителя UZ3 поступает напряжение управления U = Ū + Ū.
При таком напряжении управления ток Ī обмотки статора генератора отстает от напряжения на некоторый угол φ.
При увеличении реактивной ( индуктивной ) составляющей тока генератора вектор тока фазы А, не изменяясь по величине ( на диаграмме по длине ), повернется на угол φи займет положение вектора Ī'.
Одновременно с вектором тока повернется на такой же угол вектор напряжения
Ū, который займет положение вектора Ū'. При этом напряжение управления увели-
чится до значения U' = Ū + Ū'.
Это ( см. выше «Дроссель отбора тока ДОТ» ) приведет к уменьшению ЭДС генера
тора, и часть индуктивной нагрузки автоматически перейдет на второй генератор.
Резисторы R1, R2, R3
Генераторы серии МСС выпускают на номинальные напряжения 400 и 230 В.
Резистор R1 предназначен для настройки схемы СВАРН на эти два разных напряже
ния сопротивление этого резистора максимально при напряжении 400 В и минимально при напряжении 230 В. В обоих случаях на вход мостика UZ3 поступает примерно одина-
ковое напряжение.
Резистор R2 предназначен для регулировки напряжения холостого хода генератора чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток в обмотке управления w и
тем больше напряжение холостого хода генератора ( см. выше «Дроссель отбора тока ДОТ» ). При этом внешняя характеристика генератора U ( I ) переместится вверх парал-
лельно самой себе, т.е напряжение генератора при холостом ходе и при работе под нагрузкой будет больше, чем при прежнем значении сопротивления резистора R2.
Резистор R3 предназначен для изменения статизма ( наклона ) внешней характери-
стики генератора. Такое изменение позволяет обеспечить равенство токов нагрузки одно-
типных генераторов при их параллельной работе.
При увеличении сопротивления резистора R3 падение напряжения на нем Ū так
же увеличивается, что приводит к увеличению напряжения управления U = Ū + Ū и, в конечном счете, к увеличению статизма ( наклона ) внешней характеристики
( см. выше «Дроссель отбора тока ДОТ» ).
Параметры регулирования
СВАРН данного типа обеспечивает стабилизацию напряжения СГ с отклонением ±2,5 % номинального при условиях: установившегося температурного режима; изменении тока нагрузки от 0 до номинального значения; изменении коэффициента мощности от 0,7 до 0,9; колебаниях частоты вращения ПД в пределах ±2 % номинальной.
При параллельной работе СГ обеспечивается пропорциональное распределение реактивных нагрузок с отклонением не более ± 10 % номинальной реактивной нагрузки наибольшего генератора.
При прямом пуске АД наибольшей мощности время восстановления напряжения составляет не более 0,8 с.
Настройка СВАРН
Настройку СВАРН начинают на холостом ходу путём регулирования воздушного зазора между магнитным шунтом и магнитопроводом ТК.
Необходимо, чтобы при частоте тока 51 Гц и отключенном регулируемом дросселе ЭДС генератора составляла Е = (1,10…1,13)U.
После этого включают цепь дросселя и резистором R2 уставки устанавливают нужное значение ЭДС (при включенном выключателе SA).
Затем, переводя подвижной контакт резистора R2 в крайние положения, проверяют диапазон изменения уставки (от 1,02 до 0,93 U).
Если диапазон регулирования нужно сместить ( например, при переходе от напря
жения 400 В к напряжению 230 В, или наоборот ), то это делают с помощью резистора R1.
Далее генератор нагружают. Если при этом наблюдается резкое падение напряже-
ния, то чередование фаз подключения обмотки wн изменяют.
7. Бесщеточные синхронные генераторы
Одним из трудоемких при обслуживании узлов системы CВАРН СГ является кон-
тактно-щеточный аппарат. При работе генераторов контактные кольца и щетки изнашива-
ются значительно быстрее, чем другие части генератора. При работе генератора от щеток появляется угольная пыль, которая оседает на обмотках генератора и щеточном устройст-
ве.
Для повышения надежности САРН и уменьшения трудоемкости их обслуживания были разработаны бесщеточные системы возбуждения.
В качестве примера рассмотрим блок-схему СВАРН БСГ фирмы АSEA ( Швеция )
( рис. 3.11 ).
Рис. 3.11. Блок-схема СВАРН БСГ фирмы АSEA
Блок-схема СВАРН БСГ фирмы АSEA ( рис. 3.11 ) включает в себя:
1. основной возбудитель ОВ, питающий обмотку возбуждения ОВГ через управляе-
мый трехфазный выпрямительный мост 1;
2. вспомогательный возбудитель 4;
3. регулятор напряжения 2.
Оба возбудителя синхронного типа. Управление тиристорами осуществляется регу
лятором через импульсные трансформаторы, первичные обмотки которых неподвижны, а вторичные расположены на валу генератора.
Вспомогательный возбудитель имеет две обмотки статора, одна из которых питает обмотку возбуждения основного возбудителя через выпрямительный мост 3, а другая пода
ет вспомогательное напряжение на регулятор.
Все элементы схемы, кроме потенциометра для установки величины напряжения генератора, установлены на генераторе. Потенциометр монтируется на ГРЩ.
Система обеспечивает точность поддержания напряжения в пределах ( ± 3..5%) но-
минального при изменении режима нагрузки от 0 до номинальной величины и cos φ от 0 до 1 ( рис. 3.12 ).
Рис.3.12. Внешние характеристики БСГ фирмы ASEA
Время восстановления напряжения при провале, равном 15% номинального состав-
ляет 0,1 с.
8. Характерные неисправности СВАРН
При любых неисправностях СВАРН нарушается режим возбуждения.
Например, если СГ не возбуждается, то возможны обрыв цепи ОВГ или выпрями
теля UZ1 или их повреждение.
Замкнутый в режиме пуска выключатель гашения поля QS закорачивает обмотку возбуждения генератора ОВГ и также исключает процесс самовозбуждения. Такие выклю
чатели предназначены для снятия напряжения с обмотки возбуждения генератора в слу-
чае, если необходимо выполнить ремонтные работы при вращающемся роторе ( напри-
мер, прошлифовать кольца на роторе ). Поскольку при этом отсутствует ток возбуждения,
напряжение обмотки статора генератора также равно нулю.
При обрывах в цепях обмоток wн и wс , а также выпрямителей UZ1 и UZ2 напряже-
ние холостого хода генератора будет пониженным.
При обрывах в цепи обмотки wу напряжение СГ будет повышенными и может до-
стичь значения 430…450 В ( заброс напряжения ).
9. Параллельная работа синхронных генераторов
9.1. Особенности параллельной работы
Под параллельной понимают работу двух или более генераторов на общую сеть.
Необходимость в параллельной работе может возникнуть в следующих случаях:
1. если мощность одного генератора недостаточна для обеспечения заданного эксплуатационного режима работы судна;
2. при проходе узкостей, входе в порт и выходе из него, когда включение резервно-
го генератора повышает живучесть СЭС и тем самым безопасность мореплавания;
3. при переводе нагрузки с одного генератора на другой с целью остановки одного из генераторных агрегатов для ТО, ремонта и др.
В настоящее время параллельная работа генераторов является основным режимом работы СЭС.
Отметим основные особенности параллельной работы генераторов:
1. обеспечивается бесперебойность в снабжении электроэнергией приемников пу-
тем включения резервного генератора взамен вышедшего из строя;
2. достигается наиболее полная загрузка генераторов путем своевременного отклю
чения одного или нескольких из них при уменьшении общей нагрузки СЭС;
ческой и термической устойчивости коммутационно-защитной аппаратуры;
зации, распределения активных и реактивных нагрузок, защиты от перехода СГ в двига-
тельный режим и др.
Регистр предъявляет следующие требования к генераторам, предназначенным для параллельной работы:
1. отношение номинальных мощностей генераторов не должно превышать 3:1 (в противном случае параллельная работа генераторов будет неустойчивой);
2. степень неравномерности активных и реактивных нагрузок генераторов не долж
на превышать ±10 % номинальных активной и реактивной мощностей меньшего из парал
лельно работающих генераторов.
Пропорциональное распределение активной нагрузки параллельно работающих генераторов обеспечивается применением функционально специализированных устройств распределения мощности (например, типа УРМ в системе "Ижора") или регуляторами ча-
стоты вращения ПД, а реактивной нагрузки - системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения совместно с устройствами статизма и уравнительными связями.
9.2. Понятия «перевод нагрузки» и «распределение нагрузки»
Параллельная работа генераторов используется для выполнения двух видов техно
логических операций, возникающих в процессе эксплуатации СЭЭС:
1. перевод нагрузки;
2. распределение нагрузки.
Под переводом нагрузки понимают действия персонала, имеющие конечной целью остановку работающего генераторного агрегата с целью последующей профилактики или ремонта.
Для перевода нагрузки с одного генератора на другой подготовленный к работе ге-
нератор включают на параллельную работу с работающим, после чего уменьшают нагруз-
ку на работающем генераторе и одновременно увеличивают нагрузку на подключенном.
Процесс перевода нагрузки прекращают в тот момент времени, когда нагрузка на отключаемом генераторе уменьшится до нуля, после чего выключают его АВ и останавли-
вают приводной двигатель.
Под распределением нагрузки понимают разделение общей нагрузки судовой элект
ростанции между параллельно работающими генераторами. При этом нагрузку надо рас-
пределять прямо пропорционально номинальным мощностям генераторов.
Для распределения нагрузки подготовленный к работе генератор включают на па-
раллельную работу с работающим, после чего уменьшают нагрузку на работающем генера
торе и одновременно увеличивают нагрузку на подключенном.
Процесс распределения нагрузки прекращают в тот момент времени, когда нагруз-
ка на каждом генераторе станет одинаковой, если генераторы имеют одинаковые номи-
нальные мощности, либо прямо пропорциональной номинальной мощности каждого гене
ратора.
При переводе и распределении нагрузки нарузку изменяют:
1. у генераторов постоянного тока - изменением тока возбуждения;
2. у генераторов переменного тока:
а ) активную нагрузку изменением подачи топлива;
б ) реактивную нагрузку изменением тока возбуждения.
Для контроля перевода и распределения нагрузки используют щитовые электроиз-
мерительные приборы, установленные на секции каждого генератора:
1. на постоянном токе амперметры;
2. на переменном токе киловаттметры ( для активной нагрузки ) и амперметры
( для реактивной нагрузки ).
Пример.
Какой должна быть нагрузка на каждом из двух параллельно работающих генера-
торов, если их номинальные мощности Р= 320 кВт и Р= 400 кВт, а нагрузка электро-
станции Р = 576 кВт?
Решение
1. коэффициент загрузки судовой электростанции
k= = = 0,8
2. нагрузка первого генератора
Р= k* Р= 0,8*320 = 256 кВт
3. нагрузка второго генератора
Р= k* Р= 0,8*400 = 320 кВт
Проверка.
1. В сумме нагрузки первого и второго генератора должны дать значение, равное нагрузке электростанции, т.е.
Р+Р= Р.
2. находим сумму нагрузок генераторов
Р+ Р= 256 + 320 = 576 кВт
3. поскольку условие п.1 выполнено, нагрузка распределена правильно.
10. Синхронизация синхронных генераторов
10.1. Основные сведения
Подготовка СГ к включению на параллельную работу и сам процесс включения на
зываются синхронизацией.
Существует три способа синхронизации
1. точная;
2. грубая;
3. самосинхронизация.
Эти способы рассмотрены ниже.
10.2. Условия синхронизации синхронных генераторов
Для безударного включения СГ на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия синхронизации:
|U| = | Е| .
3. совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генерато-
ров, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т. е. φ = 0°.
4. одинаковый порядок чередования фаз 3-фазных генераторов, т.е. А- В -С и
А-В- С. На практике это означает, что выводы А, В и С каждого генератора должны
при включении на шины, подключаться к шинам соответственно А, В и С ГЭРЩ.
Объясним, как проверяется выполнение этих условий и что надо делать при их на-
Рушении.
Для проверки выполнения первого условия используют вольтметр с переключате
лем, позволяющим поочередно измерить напряжение на шинах ( сети ) и на зажимах генератора, включаемого на шины.
Если напряжение подключаемого генератора больше ( меньше ) напряжения на ши
нах, то поступают так:
1. при ручном регулировании вручную уменьшают ( увеличивают ) ток возбужде-
ния подключаемого генератора при помощи реостата возбуждения, рукоятка которого вы-
ведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора;
2. при автоматическом управлении уменьшают ( увеличивают ) ток возбуждения воздействием на регулятор уставки напряжения автоматического регулятора напряжения
( АРН ) генератора, рукоятка которого выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.
Для проверки выполнения второго условия используют частотомер с переключате-
лем, позволяющим поочередно измерить частоту напряжения на шинах ( сети ) и на зажи-
мах генератора, включаемого на шины.
Если частота тока подключаемого генератора больше ( меньше ) частоты тока на шинах, то у подключаемого генератора уменьшают ( увеличивают ) подачу топлива дизе-
лю поворотом рукоятки управления серводвигателя в сторону «Меньше» ( «Больше» ).
Эта рукоятка выведена выведена на лицевую часть генераторной панели каждого генератора.
Для проверки выполнения третьего условия используют ламповый или стрелочный синхроноскоп. Включить генераторный автомат надо в момент, когда погаснут все 3 лам-
пы ( если синхроноскоп включен по схеме «на темноту» ), либо верхняя ( если синхроно-
скоп включен по схеме «на вращение огня» ), либо если стрелка синхроноскопа займет
положение «12 часов».
Проверка выполнения четвертого условия в процессе эксплуатации судна не дела-
ется. Это объясняется тем, что необходимый порядок подключения генераторов к шинам обеспечивают специалисты-электромонтажники судоверфи.
Поэтому судовым электромеханикам нет надобности проверять выполнение этого условия.
Однако после выполнения ремонтно-профилактических работ, в ходе которых гене
ратор отсоединялся от шин ГЭРЩ, проверка выполнения этого условия обязательна.
Если все условия синхронизации выполнены, то включение генератора на шины ГРЩ будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.
10.3. Последствия нарушений условий синхронизации.
От того, какое именно условие не выполнено, зависят последствия нарушения условий синхронизации. Рассмотрим поочередно нарушение каждого из перечисленных условий.
1. При нарушении первого условия | U| ≠ | E|.
В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными че-
рез шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.
Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает ге-
нератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.
В результате напряжения параллельно включенных генераторов выравняются.
Вместе с тем уравнительный ток нагружает обмотки статоров обоих генераторов, нагревая их и линии электропередачи между генераторами и не позволяя использовать ге-
нераторы по току полностью.
2. При нарушении второго условия синхронизации f ≠ f .
Сразу после включения генератора на шины возникнет переходный процесс, характер которого зависит от значения разности частот обоих генераторов.
Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор со
вершит несколько колебательных движений ( качаний) с постепенно убывающей амплиту-
дой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в синхро-
низм.
После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью.
Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора мо-
жет не войти в синхронизм и будет перемещаться относительно ротора другого генерато-
ра.
Возникающие при этом механические толчки на валу могут привести к тому, что не только подключенный генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхро-
низма другие параллельно работающие генераторы.
3. Последствия нарушения третьего условия ( φ ≠ 0°) зависят от взаимного поло-
жения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.
Рассмотрим 3 характерных случая:
а ) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «без пяти минут 12 часов» ( при этом стрелка синхроноскопа должна вращаться по часовой стрелке ).
В этом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки с работающего генератора.
При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозно
го характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.
После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генера
тора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания кило
ваттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топ-
лива.
б ) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «пять минут после 12 часов».
В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку на
работающий генератор.
При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручи
вающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.
В результате «подкручивания» подключенный генератор может пойти «вразнос» и и будет отключен защитой по обратной мощности.
Если защита не сработала, что может быть при небольшом, неопасном значении обратной мощности подключенного генератора, надо сразу после включения начать увели
чивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.
В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут оди-
наковыми, надо перестать изменять подачу топлива.
в ) генератор включен на шины при положении стрелки синхроноскопа «6 часов».
В этом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ро-
тору работающего.
При этом в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, напряжение работающего генератора и ЭДС под-
ключенного суммируются ( совпадают по фазе ).
Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием двойного напряжения U+ E= 220 + 220 = 440 В в цепи возникнет ток короткого замы-
кания.
В результате отключится один или оба автоматических выключателя ( в последнем случае судно обесточится ).
Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов - достаточно ответ
ственный.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования су-
дов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхрони-
зацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.
Судовой электромеханик включает на параллельную работу генераторы только в двух случаях при использовании методов грубой синхронизации или самосинхрониза-
ции.
11. Методы синхронизации синхронных генераторов
Существует 3 метода синхронизации: точной, грубой и самосинхронизации. Каждый из методов может выполняться вручную, полуавтоматически или автоматически. На современных судах наиболее часто применяют метод точной синхронизации, реже - грубой синхронизации и крайне редко - самосинхронизации. Такое различие объясняется особенностями каждого способа.
11.1. Метод точной синхронизации
Суть метода состоит в том, что подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации.
Выполнение первого условия на практике осуществляется автоматически, так как СГ снабжены системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН (рис. 3.13 ).
Рис. 3.13. Принципиальная схема точной синхронизации
Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте ра-
ботающего. Для этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключа-
тели SB1 и SB2 , при помощи которых включают серводвигатель М1 или М2 регулятора частоты вращения подключаемого СГ в ту или иную сторону.
Визуальный контроль за выполнением первых двух условий ( равенство напряже
ний и частот ) на практике выполняется одновременно, поочередным подключением к каждому генератору вольтметра РV и частотомера РF переключателем S2.
Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи cтрелочного синхроноскопа ЕS и достигается при одинаковом положении рото-
ров работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воз-
действуют короткими импульсами на серводвигатель регулятора частоты вращения под-
ключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится верти-
кально, напротив отметки на шкале прибора ( «на 12 часов» ). В этот момент времени включают СГ на шины при помощи автоматического выключателя QF1 ( QF2 ).
При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет без
ударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.
После этого подключенный СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно раз-
гружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одновременно уменьшают у другого.
Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощ
ностям генераторов и контролируют при помощи киловаттметров РW1 и РW2, обычно включаемых через трансформаторы тока ТА1 и ТА2 и напряжения ТV4 и TV5.
Распределение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН обоих генераторов на токи возбуждения. При этом ток возбуждения подключенного СГ автома
тически увеличивается, а другого уменьшается.
Пропорциональность распределения реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметров РA1 и РA2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают полные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одинаковы показания киловатт
метров РW1 и РW2 (т. е. одинаковы активные токи) и неодинаковы показания килоампер-
метров РA1 и РA2, значит, неодинаковы реактивные токи.
Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу пред-
ставляет собой довольно трудную задачу. Основная трудность заключается в определении момента совпадения по фазе напряжений СГ, включаемых на параллельную работу. Для определения указанного момента при автоматической точной синхронизации используют синхронизаторы, а при точной синхронизации вручную применяют синхроноскопы.
11.2. Синхроноскопы
На практике применяют синхроноскопы двух типов: на лампах накаливания и на основе сельсинов.
Ламповые синхроноскопы
В ламповых 3-фазных синхроноскопах лампы накаливания включают по одной из двух схем: "на погасание" или "на вращение огня" ( рис. 3.14 ).
В схеме "на погасание" каждая лампа НL1, НL2 и НLЗ включается между одноимен
ными фазами сети и генератора (рис. 3.14, а ).
Рис. 3.14. Схемы ламповых синхроноскопов на «погасание» ( а ) и «вращение огня»
Генераторный АВ включают в момент погасания ламп.
В схеме "на вращение огня" лампа НL включается между одноименными фазами, а лампы НL2 и НL3 - "накрест", т. е. между разноименными фазами генератора и сети (рис. 3.15, б).
Лампы загораются поочередно, причем частота "вращения огня" пропорциональна разности частот генератора и сети, а направление вращения определяется . знаком этой разности. По направлению "вращения огня" можно определить, как надо изменять частоту вращения подключаемого генератора, чего нельзя сделать при использовании схемы "на погасание".
Автоматический выключатель включают при погасании лампы НL1.
На судах, где применяется схема «на вращение огня», лампы синхронизации распо
лагают в вершинах равностороннего треугольника, причем лампа НL1 расположена в верхней вершине треугольника.
Схема «на вращение огня» предпочтительнее, т.к. она, кроме определения необхо-
димого момента включения генератора на шины ( погасла лампа НL1 ), дополнительно по
зволяет определить соотношение скоростей вращения ПД обоих генераторов ( т.е. у како
го именно генератора скорость больше или меньше ).
Рассмотрим характерные случаи, которые могут возникунуть в процессе сихрониза
ции. Таких случаев четыре.
1. В схеме на «погасание» все три лампы постоянно горят с одинаковым накалом.
Это означает, что роторы обоих генераторов вращаются с одинаковой скоростью, но занимают по отношению друг к другу неодинаковые положения. Такой режим работы генераторов называется «Синхронно-несинфазный».
Включать нашины подключаемый генератор нельзя.
В этом случае поступают так: увеличивают или уменьшают подачу топлива под
ключаемому дизель-генератору, добиваясь восстановления мигания ламп с минимальной частотой. В момент времени, когда все три лампы погаснут, включают АВ подключаемого генератора.
2. В схеме на «вращение огня» лампа, находящаяся в вершине треугольника ламп в верхней части генераторной секции, горит постоянным накалом.
Это свидетельствует о наступлении синхронно-несинфазного режима ( см. выше ).
В этом случае поступают так, как в предыдущем случае, т.е. : увеличивают или уменьшают подачу топлива подключаемому дизель-генератору, добиваясь восстановле-
ния «вращения огня». В момент времени, когда верхняя лампа погаснет, включают АВ
подключаемого генератора.
3. При штатной схеме «на вращение огня» одновременное погасание ламп означа
ет, что у подключаемого генератора нарушен порядок чередования фаз. Поэтому вместо схемы «на вращение огня» получилась схема «на погасание».
В этом случае надо перебросить на подключаемом генераторе два любых линейных провода, после чего убедиться, что штатная схема «на вращение огня» восстановилась.
4. Аналогично, если при штатной схеме на «погасание» получается «вращение ог
ня», причина та же нарушен порядок чередования фаз подключаемого генератора. В этом случае поступают так, как указано выше - надо перебросить на подключаемом генера
торе два любых линейных провода, после чего убедиться, что штатная схема «погасание» восстановилась.
Стрелочные синхроноскопы
Стрелочный синхроноскоп электромагнитной системы типа Э1605 изображен на
рис. 3.15.
Рис. 3.15. Синхроноскоп электромагнитной системы:
а схема механизма; б принципиальная схема
Неподвижная часть измерительного механизма синхроноскопа типа Э1605 электро
магнитной системы ( рис. 3.15, а) состоит из трех катушек. Катушки 3, 5 имеют форму ра
мок, расположенных под углом 120° одна относительно другой. Третья катушка 4 цилинд
рической формы расположена внутри катушек 3, 5.
Подвижная часть прибора изготовлена в виде оси 1, к которой прикреплены сердеч
ники-лепестки 2, 6 из тонких пластин электротехнической стали. Ось и сердечники-лепест
ки образуют 2-образную конструкцию. Катушки 3 и 5 включены на 3 фазы синхронизируе
мого генератора (рис. 3.15, б) и создают вращающийся магнитный поток, частота враще-
ния которого пропорциональна электрической частоте генератора.
Катушка 4, на которую подается линейное напряжение сети (второго генератора), создает пульсирующий магнитный поток. В приборе возникает суммарное эллиптическое магнитное поле, которое намагничивает подвижную часть прибора. При неравенстве час-
тот сети и генератора ось эллиптического магнитного поля и подвижная часть прибора вращаются с угловой скоростью, пропорциональной разности частот. Направление вращения зависит от знака скольжения.
При равенстве частот ось суммарного магнитного потока и ось прибора неподвиж-
ны.
Совпадению по фазе векторов напряжений генератора и сети соответствует только одно положение подвижной части прибора, отмеченное вертикальной чертой посередине шкалы прибора.
По одну сторону от черты имеется надпись "Быстрее", по другую - "Медленнее". Если стрелка прибора вращается в сторону надписи "Быстрее", надо уменьшить частоту вращения подключаемого генератора и наоборот. В момент совмещения стрелки с верти-
кальной чертой включают АВ генератора.
Если стрелка прибора неподвижна и не находится на вертикальной отметке, это сви
детельствует о наступлении синхронно-несинфазного режима работы генератора (режим
"зависания").
Суть этого режима состоит в том, что роторы обоих генераторов вращаются с оди-
наковой скоростью ( синхронно ), но занимают по отношениям к статорным обмоткам ге-
нераторов разные положения ( векторы ЭДС обоих генераторов не находятся в фазе ).
В этом случае необходимо увеличить или уменьшить подачу топлива ( пара ) ПД подключаемого генератора, после чего добиться момента, когда стрелка синхроноскопа займет вертикальное положение, и включить АВ этого генератора.
11.3. Метод грубой синхронизации
Метод заключается в том, что генератор подключают на шины ГРЩ не прямо, как при точной синхронизации, а через токоограничивающее реактивное сопротивление X, включенное в каждую фазу (рис. 3.16, а). Это сопротивление называется реактором.
Грубую синхронизацию выполняют в следующем порядке:
1. уравнивают частоты и напряжения СГ, что проверяют при помощи частотомера РF и вольтметра РV;
2. в произвольный момент времени замыкают контакт КМ2 (КМ1), тем самым включая генератор G2 (G1) на шины ГРЩ через реактор x;
3. через несколько секунд, в течение которых генератор втягивается в синхронизм, включают АВ QF2 (QF1) и размыкают контакт КМ2 (КМ 1).
Рис. 3.16. Схемы грубой синхронизации ( а ) и замещения для одной фазы ( б )
Поскольку включение генератора на шины выполняют в произвольный момент времени, роторы СГ, а значит, векторы напряжения сети Ū и ЭДС Ē подключаемого генератора в момент включения могут занимать любое взаимное положение.
Поэтому включение СГ сопровождается бросками тока и механическими ударами на валу, которые ограничиваются реактором до безопасных значений. Сам же метод иногда называют методом несинхронного включения СГ.
Сопротивление реактора рассчитывают исходя из наиболее тяжелого случая вклю
чения, когда положение роторов СГ отличается на 180°. При этом векторы Ū и ЭДС Ē в контуре, образованном статорными обмотками генераторов, совпадают по фазе, т. е.
Ū + Ē ≈ 2 Ū .
Тогда наибольшее значение тока в момент включения определится по схеме заме-
щения ( рис. 3.16, б ):
I= 2 U / (x+ x+ x)≤ ( 2,5…3,5 ) I,
где I- номинальный ток генератора.
На многих судах грубая синхронизация СГ выполняется полуавтоматически: урав-
нивание напряжений генераторов обеспечивают автоматические регуляторы напряжения, примерное уравнивание частот выполняет оператор ( электромеханик или вахтенный меха
ник ), а выбор момента включения генератора на шины при Ū + Ē = 0 обеспечивает аппаратура схемы синхронизации.
К достоинствам метода можно отнести простоту, надежность и непродолжитель-
ность.
Метод допускает погрешность при уравнивании напряжений генераторов до ±10 % номинального и частот до ± (3-4) % номинальной.
При правильном расчете и выборе реактора втягивание включенного генератора в синхронизм происходит в течение 1,5-3,0 с, а провал напряжения не превышает 20 % но-
минального.
Процесс синхронизации длится недолго, поэтому реактор рассчитывают на непро-
должительную работу. Сопротивление реакторов зависит от мощности синхронизируемых СГ и обычно составляет несколько Ом, а масса - десятки килограммов.
Генераторы синхронизируются с сетью поочередно, поэтому для их включения на шины ГРЩ используют один и тот же реактор.
11.4. Метод самосинхронизации
При самосинхронизации (рис. 3.17 ) подключаемый СГ разгоняют до частоты вра-
щения, отличающейся от синхронной на 2-5 %. Обмотка возбуждения генератора ОВГ от
ключена от источника возбуждения (разомкнут контакт КМ2) и замкнута на разрядный резистор R(замкнут контакт КМ1).
В произвольный момент времени невозбужденный генератор при помощи автома-
тического выключателя QF2 подключают на шины и одновременно или с незначительной задержкой подают возбуждение (замыкается контакт КМ2 и размыкается КМ1).
Далее генератор втягивается в синхронизм под действием синхронизирующей мощ
ности Р.
В момент включения на шины ЭДС невозбужденного генератора Е= 0, поэтому максимальное значение тока включения будет вдвое меньше максимального тока при синхронизации возбужденного генератора и составит ( 2,0-4,5) I.
Рис. 3.17. Схема самосинхронизации
Провалы напряжения достигают 50 % номинального, а втягивание в синхронизм заканчивается через несколько секунд после включения СГ на шины.
Разрядный резистор Rпредназначен для исключения перенапряжений в обмотке возбуждения ОВГ в момент включения СГ на шины.
Метод самосинхронизации прост и непродолжителен по времени. Недостатками ме
тода являются провалы напряжения и удары на валу генераторов. Поэтому самосинхрони-
зация может применяться в СЭЭС, включенная мощность которых значительно превыша-
ет мощность единичного СГ (например, в гребных электрических установках).
Основные сведения
Электротехническое устройство, предназначенное для автоматического включе-
ния синхронного генератора на параллельную работу ( на шины ), называется синхрониза-
тором.
Синхронизаторы обеспечивают практически безударное включение СГ на шины методом точной синхронизации.
Существующие АС допускают включение СГ при неточном выполнении условий синхронизации, что позволяет ускорить процесс синхронизации и одновременно упро-
стить схему самого АС.
Синхронизация считается возможной, если отклонения от условий синхронизации имеют такие значения:
1. разность напряжений генератора и сети ΔU < (0,10…0,12) Uном ( при напряжении на шинах 400 В напряжение подключаемого генератора может составлять 360…352 В );
2. разность частот Δf < (0,005…0,015) fном ( при частоте 50 Гц на шинах частота тока подключаемого генератора может составлять 49,75…49,25 Гц );
3. угол сдвига фаз одноименных векторов фазных напряжений генератора и сети
φ < 10°.
В СЭЭС напряжение генераторов поддерживается постоянным при помощи АРН. Поэтому на долю аппаратуры, осуществляющей синхронизацию, остаются процессы под-
гонки частоты и определение момента выдачи сигнала на включение АВ генератора. Этот сигнал надо подавать с некоторым опережением по времени ( tоп) относительно момента совпадения фаз, потому что АВ генератора имеет собственное время срабатывания ( tавт).
По принципу действия различают два вида АС:
1. с постоянным временем опережения;
2. с постоянным углом опережения.
На практике нашли применение АС первого типа, которые, вне зависимости от раз
ности частот обоих генераторов, выдают сигнал на включение АВ генератора всегда с од-
ним и тем же временем опережения tоп, равным времени срабатывания tавт автоматическо-
го выключателя подключаемого генератора.
При соблюдении этого условия ( tоп = tавт ) включение генератора на шины получа-
ется безударным ( «мягким» ).
В качестве примера рассмотрим автоматический синхронизатор типа БСГ.
12.2. Блок синхронизации генераторов типа БСГ
Блок входит в состав СУ СЭЭС типа "Ижора-М" и предназначен для включения СГ на параллельную работу методом точной синхронизации с предварительной автоматиче-
ской подгонкой частоты подключаемого генератора к частоте работающего ( рис. 3.18 ).
Рис. 3.18. Функциональная схема блока синхронизации БСГ
Блок выдает сигнал на включение АВ при разности напряжений генераторов ΔU < 0,12 Uном ( при ΔU = 0,12*400 = 48 В допускаемое напряжение включения составляет не
менее 352 В ), разности частот Δf = 0,2 Гц…0,6 Гц ( т.е. допускаемая частота составляет не менее 49,8…49,4 Гц ) и угле сдвига фаз одноименных векторов напряжений генераторов
φ < 10°.
Элементной базой блока в основном являются микросхемы (логические элементы, генераторы импульсов, счетчики, дешифраторы, триггеры и др.).
Рассмотрим устройство блока и взаимодействие его отдельных узлов ( рис.3.18 ).
Напряжение работающего генератора G1 подается на трансформаторы ТV1 и ТVЗ, подключаемого G2 - на трансформатор ТV2.
Пониженное трансформатором ТVЗ напряжение поступает на узел питания УП, с выхода которого стабилизированное напряжение +5 В и нестабилизированное + 27 В подается на остальные узлы схемы.
С выходов трансформаторов ТV1 и ТV2 напряжения поступают на вход узла УСН сравнения напряжений и входы формирователей Ф1 и Ф2.
При ΔU > 0,12 Uном с выхода узла УСН на вход узла УС синхронизации поступает запрет на синхронизацию в виде логического нуля.
Формирователи Ф1 и Ф2 напряжения предназначены для получения импульсов на
пряжений двух видов: длинных (продолжительность равна половине периода напряжения генератора), коротких (продолжительность определяется параметрами схемы формирова-
теля). Частоты импульсов обоих видов одинаковы и равны частоте работающего (подклю-
чаемого) генератора. Импульсы 1-го вида поступают на вход узла УС, 2-го - на вход узла УПЧ подгонки частоты.
Кварцевый генератор UZ вырабатывает импульсы стабильной частоты 100 кГц, поступающие на вход триггера DТ, работающего в режиме делителя частоты. С выхода триггера импульсы частотой 50 кГц поступают на входы узлов УС и УПЧ.
Узел УУ установки предназначен для приведения всех триггеров БСГ в необходи
мое исходное состояние при включении питания блока.
Узел подгонки частоты вырабатывает сигналы на увеличение или уменьшение ча
стоты подключаемого генератора, а при достижении допустимой разности частот выдает сигнал "Δf в норме" в виде логической единицы, поступающей на вход узла УС.
Узел синхронизации выдает сигнал на включение АВ генератора при условии, что значения разности напряжений ΔU и частот Δf, а также угла φ сдвига фаз напряжений ге-
нераторов находятся в установленных пределах.
Для повышения надежности схемы синхронизации в ней используется 2 блока БСГ, выходы которых в виде замыкающих контактов электромагнитных реле включены по схе-
ме совпадения И, т. е. последовательно. Поэтому включение генератора на шины возмож-
но при условии, что оба блока одновременно выдадут одинаковые сигналы на включение генератора.
13.1. Основные сведения
Если включить СГ на параллельную работу с соблюдением перечисленных выше условий, он останется работать в режиме холостого хода.
Поэтому вслед за включением генератора на шины его надо нагрузить, при этом распределяя нагрузку между включенными СГ пропорционально их номинальным актив-
ным мощностям.
Распределение активной нагрузки осуществляют путем изменения подачи топлива (пара), т. е. по регуляторным характеристикам ПД. Равномерность распределения зависит от наклона (статизма) характеристик (рис. 3.19 ).
Рис. 3.19. Регуляторные характеристики приводных двигателей СГ при распределении активных нагрузок
Предположим, что для каждого из двух приводных двигателей по отдельности бы-
ли сняты регуляторные характеристики 1 и 2, которые изображены на рис. 3.19.
После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости долж-
ны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости ωном . Напомним,
что если угловые скорости приводных двигателей неодинаковы, то, значит, неодинаковы
частоты тока генераторов ( например, f1 ≠ f 2, 49 ≠ 51 Гц ), что недопустимо при парал
лельной работе.
Как следует из рис. 3.19, одинаковой угловой скорости ωном соответствуют разные
значения активной мощности генераторов, а именно: для генератора со статической харак
теристикой 1 это значение равно Р, а для генератора с характернистикой 2 Р ( чтобы найти эти значения мощности, надо при значении скорости ω = ωном провести вспомога-
тельную горизонтальную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2, а затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтальную полуось активных мощностей ).
При этом меньшему наклону ( меньшему статизму ) характеристики соответствует большая активная нагрузка генератора, что следует из сравнения регуляторных характери
стик 1 и 2.
Таким образом, при одинаковой (номинальной) частоте вращения ω активная нагрузка 1-го генератора составляет Р, а второго - Р,причем Р> Р.
Для того чтобы распределить активные нагрузки и в то же время оставить частоту генераторов неизменной, надо увеличить подачу топлива (пара) на ГА, имеющий мень-
шую нагрузку, и одновременно уменьшить подачу топлива (пара) на ГА большей нагруз-
кой.
При этом регуляторные характеристики переместятся параллельно самим себе: характеристика 2 второго ГА вверх, а характеристика 1 первого ГА вниз.
Изменение подачи топлива (пара) следует прекратить в момент, когда характеристи
ки пересекутся в точке А. Каждый генератор будет нагружен одинаковой мощностью: Р= ( Р + Р ) / 2.
13.2. Системы распределения активной нагрузки с базовым генератором
Важной особенностью систем автоматического распределения активной нагрузки является выделение так называемого базового генератора, у которого исключают воздей-
ствие серводвигателя на топливную рейку дизеля. По этой причине положение регулятор-
ной характеристики базового генератора не изменяется.
Выделение базового генератора связано с тем, что без него частота системы из не-
скольких параллельно работающих СГ становится неопределенной и произвольно изменя-
ется в обе стороны от номинальной. Переходный процесс становится колебательным, а работа системы распределения нагрузки - неустойчивой.
По отношению к базовому остальные генераторы являются подстраиваемыми.
Рис. 3.20. Система автоматического распределения активных нагрузок СГ:
а структурная схема; б регуляторные характеристики приводных двигателей СГ
При автоматическом распределении активной нагрузки (рис. 3.20, а ) используют датчики активного тока В1 и В2, подключаемые к генераторам через трансформаторы на-
пряжения ТV1 и ТV2 и трансформаторы тока ТА1 и ТА2.
Выходы этих датчиков соединены последовательно, а напряжения на выходах на-
правлены встречно. Такой способ соединения выходов называют дифференциальной схе-
мой.
Результирующий сигнал в виде напряжения определенного значения и полярности поступает на вход усилителя А2, на выход которого подключен серводвигатель М2 привод
ного двигателя подстраиваемого генератора G2.
Серводвигатель М1 приводного двигателя базового генератора G1 не связан с уси
лителем А2, что исключает воздействие на него со стороны системы автоматического распределения активных нагрузок.
В исходном состоянии базовый G1 и подстраиваемый G2 генераторы нагружены каждый мощностью P, т. е. общая нагрузка составляет 2PЭтому состоянию соответст
вует точка А (рис. 3.20, б).
При увеличении общей нагрузки до значения ( Р + Р) угловая скорость обоих генераторов уменьшится до ωи нагрузка базового генератора составит Р, подстраивае
мого - Р.
Равновесие между напряжениями на выходах датчиков В1 и В2 нарушится, поэто-
му серводвигатель М2 начнет уменьшать подачу топлива дизеля ПД2.
Регуляторная характеристика 2 подстраиваемого генератора переместится вниз и займет положение характеристики 2'.
Новое состояние равновесия наступит в точке В пересечения характеристик 1 и 2'. При этом положение регуляторной характеристики базового генератора не изменилось.
Каждый генератор нагружен одинаковой мощностью: Р= ( Р + Р) / 2.
Угловая скорость обоих генераторов также одинакова и составляет ω.
Наличие зон нечувствительности регуляторов частоты вращения ПД генераторов приводит к тому, что нагрузки параллельно работающих генераторов распределяются с некоторой погрешностью ΔР, значение которой не должно превышать ±10 % номиналь-
ной активной мощности наибольшего генератора.
13.3. Системы распределения активной накгрузки с повышенной точностью регулирования скорости
Недостатком рассмотренной выше системы автоматического распределения актив
ной нагрузки ( рис. 3.20 ) является изменение частоты вращения СГ при изменении нагруз
ки.
Рис. 3.21. Регуляторные характеристики приводных двигателей при распределении активных нагрузок СГ с сохранением частоты
.
Если требуется повышенная стабильность частоты, серводвигатель М1 приводного двигателя ПД1 генератора G1 включается через усилитель А1 на датчик частоты В ( рис. 3.
20, а ).
Пусть в исходном состоянии общая нагрузка СЭС составляет 2 P, регуляторные характеристики 1 и 2 пересекаются в общей точке А.
При номинальной угловой скорости ωкаждый генератор нагружен мощностью P.
Увеличение нагрузки СЭС до значения 2Р сопровождается снижением угловой скорости и возникновением токов в усилителях А1 и А2 ( см. рис. 3.20, а). Включение сер
водвигателей М1 и М2 приведет к параллельному смещению регуляторных характеристик и восстановлению частоты. Работа серводвигателей прекратится в момент времени, когда характеристики пересекутся в точке В ( рис. 3.21 ).
Подобное пропорциональное распределение активной мощности с сохранением частоты ранее выполняли устройства типа УРЧН (устройства автоматического регулирова
ния частоты и распределения активной нагрузки), которые применялись совместно с дат-
чиком частоты.
В связи с внедрением новых типов 2-импульсных регуляторов частоты вращения ПД задача поддержания частоты исключена из функций автоматизированных устройств СЭС.
В настоящее время распределение активных нагрузок выполняют устройство рас-
пределения мощности типа УРМ в системе "Ижора" ( включено постоянно, пока работает генератор) и блок распределения нагрузок генератора типа БРНГ в системе "Ижора-М".
14.1. Основные сведения
Распределение реактивной нагрузки при параллельной работе СГ проводится путем изменения тока возбуждения генераторов: у перегруженного генератора ток возбуждения
уменьшают, а у недогруженного - увеличивают.
При ручном перераспределении реактивных нагрузок ( если нет АРН или он не ра-
ботает ) токи возбуждения изменяют при помощи ручных реостатов ( регуляторов ) воз-
буждения, маховички которых выведены на лицевую часть генераторной секции каждого генератора.
При наличии АРН распределение реактивных нагрузок осуществляется автоматиче
ски, при помощи компенсаторов реактивной нагрузки.
Равномерность распределения зависит от наклона внешних характеристик СГ, при
чем меньшему наклону характеристики соответствует больший ток нагрузки, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2 ( рис. 3.22 ).
Рис. 3.22. Внешние характеристики СГ при распределении реактивных нагрузок
Предположим, что для каждого из генераторов по отдельности были сняты внеш
ние характеристики 1 и 2, которые изображены на рис. 3.22.
После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости долж-
ны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости ωном . Напомним,
что если угловые скорости приводных двигателей неодинаковы, то, значит, неодинаковы
частоты тока генераторов ( например, f1 ≠ f 2, 49 ≠ 51 Гц ), что недопустимо при парал-
лельной работе.
Как следует из рис. 3.21, одинаковой угловой скорости ωном соответствуют разные
значения тока генераторов, а именно: для генератора с внешней характеристикой 1 это значение равно I, а для генератора с характеристикой 2 I ( чтобы найти эти значе-
ния токов, надо при значении скорости ω = ωном провести вспомогательную горизонталь-
ную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2, а затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтальную полуось активных мощностей ).
При этом меньшему наклону ( меньшему статизму ) характеристики соответствует больший ток нагрузки генератора, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2.
При одинаковом номинальном напряжении Uток нагрузки 1-го генератора со-
ставляет I, а 2-го - I, причем I > I.
Для того чтобы распределить реактивные нагрузки и в то же время оставить напря-
жение СГ неизменным, надо увеличить ток возбуждения генератора с меньшим током на-
грузки и одновременно уменьшить у генератора с большим током нагрузки.
При этом внешние характеристики СГ переместятся параллельно самим себе: харак
теристика 2 вверх, а характеристика 1 вниз. Изменение токов возбуждения надо прекра-
тить в точке А ( рис. 3.22 ), где реактивные нагрузки равны.
14.2. Автоматическое распределение реактивной нагрузки СГ
При параллельной работе СГ автоматическое распределение реактивной нагруз
ки обеспечивают реактивные компенсаторы ( см. п. 4. Реактивные компенсаторы ).
В отсутствие реактивных компенсаторов реактивную нагрузку распределяют при помощи т.н. уравнительных связей ( рис. 3.23 ).
Рис. 3.23. Принципиальная схема различных способов подключения
уравнительных связей между параллельно работающими СГ
Для однотипных генераторов с одинаковым номинальным напряжением возбужде-
ния уравнительную связь устанавливают между обмотками возбуждения, т. е. на стороне постоянного тока. При замыкании контактов КМ1 обмотки возбуждения соединяются па-
раллельно, поэтому любое изменение напряжения на одной из них автоматически приво-
дит к такому же изменению напряжения на другой.
Уравнительные соединения применяют также на стороне переменного тока. Для СГ одинаковой мощности могут быть установлены уравнительные соединения между выход-
ными обмотками L3 компаундирующих трансформаторов. При замыкании контактов КМ2 эти обмотки соединяются параллельно, поэтому изменение напряжения на одной из них вызовет такое же изменение напряжения на другой.
Для СГ разной мощности, имеющих разные напряжения возбуждения, применяют дополнительные обмотки L4 с одинаковыми выходными напряжениями. Если реактивные нагрузки СГ одинаковы, то в уравнительных проводах, соединяющих эти обмотки, токи не протекают. При изменении реактивной нагрузки одного из генераторов возникающие между обмотками L4 уравнительные токи будут подмагничивать магнитопровод одного из компаундирующих трансформаторов и размагничивать магнитопровод другого, что приведет к выравниванию реактивных нагрузок генераторов.
15. Параллельная работа генераторов постоянного тока
15.1. Условия включения генераторов постоянного тока на параллельную работу
Таких условий 2:
1) полярность напряжения на зажимах подключаемого генератора должна соответствовать полярности напряжения шин;
2) ЭДС подключаемого генератора должна равняться напряжению на шинах.
Пусть на шины включен генератор G1, а генератор G2 вводится в работу (рис. 3.24, а).
Рис. 3.24. Принципиальная схема параллельной работы генераторов постоянного тока смешанного возбуждения (а), схемы замещения цепей обмоток якорей при соответствии ( б) и несоответствии (в) полярности шин и генератора
Если оба условия выполнены, то после включения генератора G2 на шины в цепи, образованной последовательно соединенными обмотками якорей генераторов, ЭДС Е и напряжение U действуют встречно и взаимно компенсируются (рис. 3.24, б).
Поэтому ток якоря подключенного генератора
1= ( Е - U)/ R = 0.
Это означает, что после включения генератор G2 останется работать в режиме холо
стого хода.
15.2. Последствия нарушения условий включения ГПТ на параллельную работу
При нарушении 1-го условия положительный вывод генератора G2 соединяется с отрицательной шиной, а отрицательный зажим -с положительной (рис. 3.24, в).
При этом в цепи обмоток якорей генераторов ЭДС Е и напряжение U действу
ют согласно, следствие чего в указанной цепи возникнет результирующая ЭДС
ΔЕ = Е+ U ≈ 2 U .
Под действием этой ЭДС через обмотки якорей, имеющие небольшое сопротивле-
ние, потечет ток КЗ.
Соответствие полярности зажимов генератора и полярности шин обеспечивается при монтаже генератора во время постройки судна и в дальнейшем не проверяется.
Последствия нарушения 2-го условия зависят от соотношения ЭДС генератора и напряжения на шинах.
При Е> U ток якоря подключенного генератора 1= ( Е - U)/ R > 0.
. Это означает, что включенный генератор перейдет из режима холостого хода в генераторный и примет на себя часть нагрузки работающего генератора.
Включение на шины сопровождается толчком на валу включенного генератора тормозного характера, что объясняется действием электромагнитного момента генерато
ра:
М = k1Ф,
где k - конструктивный коэффициент; Ф- магнитный поток.
В то же время на работающем генераторе нагрузка спадет, поэтому на его валу воз-
никнет ускоряющий динамический момент, на что отреагирует регулятор частоты враще-
ния дизеля, который уменьшит подачу топлива, скорость стабилизируется.
При Е< U ток якоря генератора 1= ( Е - U)/ R < 0.
Это означает, что после включения генератор станет работать в двигательном
режиме и создаст дополнительную нагрузку на работающий генератор.
Электромагнитный момент включенного генератора М = k( - ) 1Ф < 0, т. е. совпадает по направлению с моментом ПД, который вследствие этого может пойти "враз-
нос". Для отключения генератора, перешедшего в такой режим, применяют реле обратно-
го тока ( РОТ ).
Выполнение 2-го условия проверяется при помощи вольтметра, поочередно под-
ключаемого к шинам и выводам включаемого генератора.
Включение генератора на шины проводится в следующем порядке:
1. генератор G2 приводится во вращение с номинальной частотой;
2. при помощи регулировочного реостата Rустанавливают на зажимах генера
тора ЭДС Е= U.;
3. подключают генератор на шины при помощи автоматического выключателя QF2.
После включения на шины генератор G2 нагружают, распределяя нагрузку между генераторами пропорционально номинальной мощности каждого из них.
15.3. Перевод и распределение нагрузки
Воздействуя на регуляторы возбуждения генераторов R и Rв цепях парал-
лельных обмоток возбуждения L2, осуществляют распределение нагрузки.
При этом увеличивают ток возбуждения у генератора G2 и уменьшают у генератора G1. Такое одновременное и противоположное по характеру изменение токов возбуж-
дения не только обеспечивает распределение нагрузки, но позволяет сохранить постоян-
ство напряжения на шинах:
U = ≈ const,
где Е, Е- ЭДС генераторов; g, g, g- проводимости ветвей с генераторами G1, G2 и ветви с эквивалентным сопротивлением нагрузки Rсети.
При переводе нагрузки с одного генератора на другой поступают так же, как и при
распределении нагрузки, т.е. увеличивают ток возбуждения включенного генератора и уменьшают ток возбуждения работающего генератора.
Отличие перевода от распределения нагрузки состоит в том, что при переводе на-
грузки с одного генератора на другой надо прекратить изменять токи возбуждения в тот момент, когда ток нагрузки разгружаемого уменьшится до нуля. После этого разгружен-
ный генератор отключают от шин. Для контроля токов нагрузки обоих генераторов слу-
жат щитовые амперметры.
Перевод нагрузки применяют в случае, если работающий генератор надо отклю-
чить от шин с целью профилактики самого генератора или его ПД.
15.4. Уравнительная шина
Для обеспечения устойчивой параллельной работы генераторов смешанного воз-
буждения последовательные обмотки L1 соединяют параллельно при помощи уравнитель
ной шины УШ.
Уравнительная шина действует так.
Если ЭДС одного из генераторов возрастет ( например, вследствие увеличения ча-
стоты вращения ПД ), то увеличится ток нагрузки этого генератора. Часть этого тока пой-
дет по последовательной обмотке другого генератора. Магнитный поток этого генератора возрастет, его ЭДС также увеличится, и поэтому увеличится его ток нагрузки.
В результате нагрузка автоматически распределится между генераторами пропорци
онально номинальной мощности каждого из них.
При обрыве уравнительной шины случайное увеличение ЭДС любого генератора приведет к увеличению его тока нагрузки. Этот ток, протекая по последовательной об-
мотке, еще больше увеличит ЭДС этого генератора, что, в свою очередь, приведет к даль-
нейшему увеличению тока нагрузки. Второй генератор при этом будет разгружаться.
Из приведенного примера следует, что устойчивая параллельная работа генерато-
ров смешанного возбуждения без уравнительной шины невозможна.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные причины изменения частоты вращения ГА в процессе работы?
2..Что такое регуляторная характеристика ПД ГА? Чем отличаются астатическая и статическая регуляторные характеристики?
3. Что такое универсально-статические регуляторы?
4. В чем состоит отличие одно- и двухимпульсных АРЧ?
5. По каким основным параметрам и как именно классифицируются АРЧ ГА?
6. Перечислите основные виды регулирования АРЧ ГА
7. Что такое внешние и частотные характеристики АРЧ ГА?
8. Каковы основные требования Правил Регистра к ПД ГА?
9. Каковы основные требования классификационных обществ к судовым системам
АРН СГ?
10. Перечислите основные принципы построения АРН судовых СГ
11. Дайте краткую характеристику СВАРН по возмущению. Что такое ТФК?
12. Дайте краткую характеристику СВАРН по отклонению напряжения. Для чего предназначен корректор напряжения?
13. Каковы особенности комбинированных СВАРН?
14. Каково назначение реактивных компенсаторов? На какой параметр СГ они воздействуют?
15. Что такое статизм внешней характеристики СГ? Чем отличаются астатическая и статическая внешние характеристики СГ?
16. В чем состоит назначение и принцип действия контуров частотной коррекции
АРН СГ? На какой параметр СГ они воздействуют?
17. В чем состоит назначение и принцип действия контуров температурной коррек
ции АРН СГ? На какой параметр СГ они воздействуют?
18. Опишите устройство СВАРН СГ типа МСС и назначение отдельных узлов
19. Как происходит самовозбуждение в СВАРН СГ типа МСС?
20. Каково назначение генератора начального возбуждения СВАРН СГ типа МСС?
21. Объясните процесс амплитудно-фазового компаундирования в СВАРН СГ типа МСС
22. Каким образом осуществляется коррекция по отклонению напряжения и темпе-
ратуры в СВАРН СГ типа МСС?
23. Как работает компенсатор реактивной мощности в СВАРН СГ типа МСС?
24. В чем состоят характерные неисправности САРН? Как настраивают СВАРН?
25. Объясните устройство и принцип действия БСГ
26. Какие типы возбудителей применяют в БСГ?
27. Каковы особенности параллельной работы генераторов?
28. Каковы последствия нарушений условий синхронизации СГ?
29. Объясните суть методов точной, грубой и самосинхронизации СГ и назовите область применения каждого
30. Чем отличаются схемы «на погасание» и «на вращение огня» ламповых синхро
носкопов? Какой тип схемы Вы бы выбрали?
31. От чего зависит в ламповых синхроноскопах направление "вращение огня" и частота мигания ламп?
32. Что такое синхронно-несинфазный режим? Как вывести подключаемый генера
тор из этого режима?
33. Объясните устройство и принцип действия стрелочного синхроноскопа
34. При помощи регуляторных характеристик ПД ГА объясните, как распределяет
ся активная нагрузка СГ с одновременным сохранением частоты вращения ПД ГА
35. Что такое «базовый генератор» в системе автоматического распределения реак-
тивных нагрузок? Какую роль он выполняет?
36. При помощи внешних характеристик СГ объясните, как распределяется реактив
ная нагрузка при параллельной работе СГ
37. Каково назначение уравнительных связей между СГ? Какие виды этих связей применяют на практике?
38. Каковы условия параллельной работы генераторов постоянного тока и послед
ствия нарушений этих условий?
39. Каково назначение уравнительной шины при параллельной работе ГПТ?
40. Чем отличаются перевод и распределение нагрузки? Как осуществляется пере
вод и распределение нагрузки при параллельной работе ГПТ?
1.4. СУДОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И КОММУТАЦИ-
ОННО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА
1. Судовые распределительные устройства
Судовые электрораспределительные устройства - это комплектные электротехнические устройства в виде щитов с аппаратами управления, защиты и сигнализации, предназ-
наченные для приема и распределения электроэнергии между приемниками.
1.1. Классификация судовых распределительных устройств
Судовые электрораспределительные устройства классифицируют по следующим основным признакам:
а ) по назначению
главный, предназначенный для присоединения источников электроэнергии к судо-
вой силовой сети, управления их работой и распределения электроэнергии;
аварийный, являющийся частью аварийной СЭС и предназначенный для присоеди-
нения аварийных источников электроэнергии к аварийной сети, управления их работой и распределения электроэнергии;
групповой, предназначенный для распределения электроэнергии между группой приемников одинакового назначения;
приемника, предназначенный для подачи электроэнергии на отдельный приемник, а также управления его работой;
электроснабжения с берега, предназначенный для присоединения судовой сети суд-
на к береговой электрической сети или сети другого судна;
генераторный, предназначенный для передачи электроэнергии от генератора к определенному ГРЩ, а также для местного управления генератором в тех случаях, когда генератор и ГРЩ размещены в разных отсеках судна (от генераторного щита могут полу-
чать электропитание отдельные приемники электроэнергии);
соединительный электрический ящик (щит), представляющий собой судовое элект-
рораспределительное устройство, предназначенное для соединения электрических цепей;
сигнализации и контроля, предназначенный для подачи сигналов (звуковых, световых) о состоянии контролируемых помещений, установок, систем, ЭП и других объектов;
б ) по месту раположения на судне
районный, предназначенный для распределения электроэнергии в пределах опреде-
ленного архитектурного района судна и обеспечивающий электроэнергией несколько от-
сечных щитов;
отсечный, предназначенный для распределения электроэнергии в пределах отсека судна;
в ) по конструктивному исполнению на каркасные и блочные. Щиты в каркасном исполнении изготовляют, как правило, по индивидуальным чертежам, что затруд-
няет их производство и увеличивает стоимость. Блочные РЩ выпускают в виде нормализованных серий на напряжении 30 В постоянного тока и 220 и 380 В при частоте 50 и 400 Гц переменного тока. При необходимости из отдельных блочных ящиков можно комплек-
товать РЩ любых размеров и для любой схемы.
г ) по степени защищенности от воздействия окружающей среды различают защи-
щенные ( IР21 ), брызгозащищенные ( IР23 ) и водозащищенные ( IР55 ) распределитель-
ные устройства. Ввод кабелей в щиты брызгозащищенного исполнения выполняют снизу через отверстия с обрамлениями, исключающими повреждение оболочки кабелей, а в щи-
ты водозащищенного исполнения - через индивидуальные или групповые сальники.
д ) по роду тока различают РЩ постоянного и переменного 1- и 3-фазного тока;
е ) по наличию коммутационно-защитной аппаратуры все РЩ подразделяют на 2 типа: без выключающих устройств и с выключающими устройствами.
В РЩ без выключающих устройств содержатся только предохранители типа ИП постоянного тока напряжением 30 В и типа ПК переменного тока напряжением 380 В. Такие РЩ применяют на маломерных судах.
В обозначение РЩ входит тип, количество групп и номинальный ток предохрани
телей.
Например, ЩИПК2-50 [Щ - щит; ИП - предохранители типа ИП; К -для маломер-
ных судов ( катера); 2 - количество групп; 50 - номинальный ток, А].
Обычно РЩ с выключающими устройствами бывают двух видов:
РЩ первого вида, как правило, не применяют для питания 3-фазных АД. Это объяс
няется тем, что при перегорании предохранителя в одной фазе наступает 1-фазный режим работы АД с последующим его перегревом и выходом из строя. В то же время срабатыва-
ние АВ вследствие КЗ в любой фазе приводит к полному отключению асинхронного двига
теля от питающей сети.
Районные, отсечные и групповые РЩ применяют в сетях постоянного тока напря
жением 220 В при частоте 400 Гц. В качестве выключающих устройств в перечисленных РЩ используют АВ типов АК-50 и АС-25.
1.2. Принципиальные схемы распределительных щитов
Рис. 4.1. Принципиальная схема распределительного щита
Рассмотрим принципиальная схема РЩ с четырьмя АВ типа АК-50 ( рис. 4.1).
Питающий фидер подключают к выводам А, В, С, а отходящие к приемникам фиде
ры - к выводам 1 -12 в нижней части щита.
Цепь сигнальной лампы HL защищена предохранителями FU. Внутрь РЩ встрое-
ны защитные конденсаторы С1-СЗ. Дверца РЩ соединена с заземленным корпусом РЩ гибкой перемычкой. Принципиальные схемы других щитов отличаются от приведенной количеством АВ и числом полюсов каждого из них.
Щиты электроснабжения с берега выпускают на ток 100-3000 А и напряжения 220 В постоянного тока и 220 и 380 В переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Внутри корпуса щита находится АВ типа А3700Р (АМ8, АМ15) или только выводы (при длине кабеля меж
ду ЩЭСБ и ГРЩ менее 10 м ).
Щит электроснабжения с берега типа ЩПБ 3-фазного переменного тока с АВ типа А3700Р (рис. 4.2) снабжен фазоуказателем Р с переключателем SA, служащими для провер
ки порядка чередования фаз береговой сети, и сигнальной лампой HL. Цепи фазоуказателя и сигнальной лампы защищены от токов КЗ предохранителями FU1 и FU2. Эти щиты обы
чно располагают в носовой или кормовой части судна на главной или вышерасположен-
ной палубе.
Рис. 4.2. Принципиальная схема щита электроснабжения с берега
Щиты сигнализации и аппаратуры сигнализации типов ЩС и ЩАС имеют блоч-
ную конструкцию и выполняются путем набора в унифицированные корпуса щитов моду-
лей из полупроводниковых элементов. Это позволяет получить необходимые виды звуко-
вой и световой сигнализации. Щиты этих типов выпускаются на напряжения 24 В постоян
ного и переменного тока, 127, 220 и 380 В переменного тока (число контролируемых це-
пей от 2 до 16).
Контрольные щиты КЩ в зависимости от типа могут иметь 2-3 встроенных электро
измерительных прибора (например, вольтметр, амперметр и частотомер), а также сигналь-
ную лампу и переключатель к вольтметру. Эти щиты выпускают на напряжения до 320 В постоянного тока и до 380 В переменного тока.
1.3. Требования Правил Регистра к схемам ГЭРЩ
При разработке схем главных электрораспределительных щитов руководствуются
нормативными документами, основными из которых являются „Правила классификации и постройки морских судов” ( Правила Регистра ), „правила технической эксплуатации судового электрооборудования” и др.
Основные рекомендации по разработке схемы ГЭРЩ можно свести к следующим.
В соответствии с Правилами Регистра, при нормальной работе основной электро
станции от шин ГЭРЩ по отдельным фидерам должны питаться такие приемники:
.1. электрические приводы рулевых устройств;
.2. электрические приводы якорного устройства;
.3. электрические приводы пожарных насосов;
.4. электрические приводы осушительных насосов;
.5. электрические приводы компрессоров и насосов спринклерной ( пожарной ) системы;
.6. гирокомпас;
.7. щит холодильной установки грузовых трюмов;
.8. электрические приводы агрегатов возбуждения электрической гребной установ
ки;
.9. секционные щиты основного освещения;
.10. щит радиостанции;
.11. щит навигационных приборов;
.12. щит сигнально-отличительных фонарей;
.13. секционные щиты и распределительные устройства питания других потребите
лей ответственного назначения, объединенных по принцип однородности выполняемых функций ( например, грузовые краны, лебедки и др.);
.14. распределительные устройства объединенного пульта управления;
.15. щит станции автоматической сигнализации обнаружения пожара;
.16. электрические приводы механизмов обеспечивающих работу главных механиз
мов;
.17. щиты электрических приводов грузовых швартовных, шлюпочных и других
устройств вентиляции и нагревательных приборов;
.18. устройства управления винтом регулируемого шага;
.19. зарядные устройства стартерных аккумуляторных батарей и батарей, питаю-
щих ответственные устройства;
.20. щиты питания электрических приводов закрытия водонепроницаемых дверей и
устройств, удерживающих противопожарные двери в открытом состоянии, а также щиты сигнализации о положении и закрытии водонепроницаемых и противопожарных дверей;
.21. щит холодильной установки системы углекислотного тушения низкого давле-
ния;
.22. щиты освещения ангаров и светотехнического оборудования посадочных пло
щадок для вертолетов;
.23. другие, не перечисленные выше потребители - по требованию Регистра.
Допускается питание потребителей, перечисленных в .4, .6, .10, .11, .12, .15, .16, .18,
.19, .20 от распределительных устройств, указанных в .13 или .14, по отдельным фидерам, имеющим коммутационные и защитные устройства.
Все остальные приемники электроэнергии должны получать питание через вторичные распределительные щиты.
В случае секционирования шин ГЭРЩ необходимо обеспечить секционирование шин 220 В на случай отключения секционного ABB на шинах ГЭРЩ. Деление ГЭРЩ на секции позволяет поочередно произвести обслуживание оборудования секций.
Для каждого генератора принято выделять свою секцию.
На каждом фидере, отходящем от ГЭРЩ, ставят автоматические выключатели.
Если механизмы ответственного назначения с электрическими приводами установлены в двойном или большем количестве, то, по крайне мере, один из этих электрических приводов должен получать питание по отдельному фидеру от ГРЩ.
На электрические приводы остальных таких механизмов допускается подавать питание от секционных щитов или специальных распределительных устройств, предназначенных для питания ответственных приемников.
Если сборные шины на ГЭРЩ разделены на секции с помощью межсекционных разъединительных устройств, то электрические приводы, секционные щиты, специальные распределительные устройства или пульты, установленные в двойном или большем количестве или питаемые по двум фидерам, должны быть подключены к разным секциям ГЭРЩ. Один из фидеров рулевого электропривода должен получать питание от аварийного распределительного щита.
Из соображений надежности к ГЭРЩ нецелесообразно подключать большее количество фидеров.
Питание приемников мощностью менее 45 кВт осуществляют от РЩ.
Приемники, работающие на стоянке, подключают к отдельной секции, соединен-
ной со щитом электроснабжения с берега (ЩЭБ); менее ответственные приемники, до-
пускающие отключение при перегрузке генераторов, группируют. Для уменьшения нагрева ГЭРЩ рекомендуется наиболее мощные приемники подключать ближе к источникам.
В целях повышения надежности электроснабжения ответственных приемников целесообразно предусмотреть для них при потере напряжения автоматическое пере-
ключение с одного фидера на другой.
При разработке схемы ГЭРЩ предварительно определяют число панелей ГРЩ (генераторных, управления, приемников). При этом, как правило, для каждого генераторного автоматического выключателя (АВ) требуется отдельная панель. АВ приемников с учетом их габаритов группируют по 12-24 шт. на панель. Часть выключателей приемников можно устанавливать также на генераторных панелях (по 6-8 АВ).
Для решения вопроса электрификации судна следует предусмотреть резервные автоматические выключатели. Число их обычно не превышает 10 % от общего числа выключателей на ГРЩ. Номинальный ток расцепителя резервного выключателя берут равным номинальному току расцепителя, наиболее часто встречающемуся на данной панели ГРЩ.
Окончательно число панелей уточняют после выбора и проверки всех аппаратов. При небольших размерах ГРЩ панели 220 В конструктивно объединяют с панелями 380 В.
Принципиальные схемы ГЭРЩ разрабатываются и изготовляются отдельно для каждой серии судов.
1.4. Схема главного распределительного щита
Главный электрораспределительный щит выполнен как цельная конструкция, но разбит на отдельные секции (рис. 4.3 ).
Рис. 4.3. Принципиальная схема ГЭРЩ переменного тока
Имея заранее изготовленные отдельные типовые секции, можно собрать ГРЩ на любое число генераторов и питающих линий. Это значительно ускоряет и удешевляет их производство, транспортировку и погрузку.
На каждый генератор предусмотрена отдельная генераторная секция II (иногда од-
на секция на два генератора).
Контроль и управление работой генераторов обеспечивают приборы и аппараты, установленные на генераторной секции:
1. автомат генератора АГ для коммутации генератора с шинами щита и защиты его;
2. ручной регулятор напряжения РРН генератора;
3. блоки системы автоматического регулирования напряжения генератора БСАРН;
4. переключатель серводвигателя ПСД, позволяющий изменять подачу топлива или пара приводному двигателю генератора для изменения активной нагрузки генератора;
5. устройство гашения поля УГП генератора, которое в аварийных случаях позволя
ет быстро отключить обмотку возбуждения генератора и погасить его э. д. с. до нуля;
6. реле перегрузок РП, которое сигнализирует о перегрузке генератора, а иногда дает импульс на автоматическое отключение малоответственных потребителей с целью разгрузки генератора;
7. реле обратной мощности РОМ воздействует на автомат АГ и отключает генера-
тор от шин, если он перешел в двигательный режим;
8. контрольно-измерительные приборы (КИП): амперметр, вольтметр, киловатт-
метр, фазометр ( φ ) и частотомер (Hz). Для включения перечисленного оборудования установлены трансформаторы тока ТрТ и напряжения (на схеме не показаны).
Назначением распределительных секций I является главным образом управление потребителями, получающими питание от ГРЩГ и контроль за ними.
В связи с этим на распределительных секциях установлены автоматы АВ, а также амперметры А для измерения нагрузки потребителей. Амперметры установлены только на питающих линиях наиболее мощных потребителей или с помощью переключателей П мо
гут переключаться для контроля нагрузки нескольких потребителей.
В секции управления III установлены приборы для контроля и включения генера-
торов на параллельную работу:
V - вольтметр,
Hz - частотомер,
Фу фазоуказатель ( указатель порядка чередования фаз ).
На этой же секции могут быть установлены другие аппараты и приборы, не связан
ные с постоянной работой генераторов или потребителей (например, устройство автома
тического включения резервного генератора УАВР, прибор защиты от работы при обры
ве провода одной питающей фазы с берега и при снижении напряжения с берега ЗОФН и т. д.).
1.5. Схема генераторной секции ГЭРЩ
На рис. 4.4. показана схема генераторной секции ГЭРЩ.
Рис. 4.4. Принципиальная схема генераторной секции ГЭРЩ
После пуска генератора и самовозбуждения на его зажимах появляется э. д. с, о чем сигнализирует желтая лампа ЛЖ, получающая питание через трансформатор напряжения Тр и вспомогательный контакт (блок-контакт) автомата генератора АГ.
Автомат генератора АГ имеет электродвигательный привод для включения (на схе-
ме не показан). Если нажать на кнопку Вкл, то с помощью этого электродвигателя про-
изойдет включение автомата.
Желтая лампа погаснет, а загорится зеленая ЛЗ, сигнализирующая о том, что гене-
ратор возбужден и включен на шины.
Далее включают необходимые потребители и с помощью переключателя ПСД и ручного регулятора РРН осуществляют подрегулирование частоты и напряжения (при параллельной работе генераторов с помощью ПСД и РРН осуществляют распределение нагрузки).
В дальнейшем стабилизацию электрических параметров генератора осуществляют блоки БСАРН.
В случае перегрузки генератора на обмотках трансформатора тока ТрТ возникает повышенный ток, срабатывает реле перегрузки РП и своим замкнувшимся контактом пода
ет сигнал в схему разгрузки генератора.
Происходит автоматическое отключение неответственных потребителей ( бытовая вентиляция, камбуз ), и срабатывает сигнализация. На некоторых судах срабатывание реле РП приводит только к срабатыванию сигнализации, а решение о способе разгрузки прини-
мает электромеханик.
При недопустимо больших токах перегрузок генератора или короткого замыкания на шинах ГРЩ срабатывают реле максимального тока РМ, катушки которых расположены в автомате генератора АГ. Это приводит к отключению автомата от шин.
В очень редких случаях может произойти разрушение оболочки питающего кабеля генератора, и тогда возникает короткое замыкание между генератором и автоматом АГ.
Ток короткого замыкания 6удет проходить между генератором и местом короткого замыкания, не проходя по автомату; последний, естественно, не сработает.
В такой обстановке нужно переключатель устройства гашения поля УГП перевести в другое положение (на схеме - вправо).
Тогда на обмотку возбуждения генератора напряжение не подастся, она замкнется на разрядный резистор R и ЭДС генератора упадет да нуля.
При включении на параллельную работу один из генераторов может перейти в дви
гательный режим и начинает развивать механический момент, действующий в сторону вращения приводного электродвигателя, разгоняя его ( разнос ).
В этой аварийной ситуации срабатывает реле обратной мощности РОМ; его замк-
нувшийся контакт включает питание на выводы 1, 2 автомата АГ и автомат отключается.
Кнопка ОТК шунтирует контакт реле РОМ: для отключения автомата нажимают на кнопку.
устройств
Конструкция электрораспределительных устройств должна выполняться таким об-
разом, чтобы она обеспечивала защиту от свободного прикосновения к токоведущнм час-
тям с лицевой и боковых сторон.
Всю аппаратуру и устройства с открытыми токоведущими частями следует устанав
ливать за лицевой панелью, а приводы автоматов, шкафы измерительных приборов, глаз-
ки сигнальных ламп - на лицевой панели щитов. Здесь же разрешается устанавливать только ту аппаратуру, в которой нет открытых токоведущих элементов или, в крайнем случае, эти элементы имеют, защитные оболочки.
Ко всем судовым аппаратам, устройствам, контактным соединениям, смонтирован-
ным на щитах, должен битв свободный доступ для наблюдения, ремонта и обслуживания в процессе эксплуатации.
За установленными на палубе приставными щитами длиной до 3 м должны быть проходы не менее 0,6 м; если же длина щита превышает 3 м, проход за ним должен быть сквозным. Двери распределительных щитов должны открываться наружу или быть сдвижного (вагонного) типа.
На лицевой и задних сторонах каркасных щитов длиной от 0,6 м и более устанавли
ваются поручни из изолирующего материала (дерево, пластмасса и др.). Поручни могут устанавливаться в горизонтальном или вертикальном положении, причем в последнем случае расстояние между соседними поручнями должно быть не более 1100мм.
Высота электрораспределительных щитов независимо от их назначения не должна превышать 2000 мм.
Измерительные приборы размещаются на высоте 1500 - 1850 мм от уровня палубы (настила).
Расположение предохранителей и автоматов на щитах должно обеспечивать их обслуживание с лицевой стороны на высоте не ниже 200 мм и не выше 1800 мм от уровня палубы. Установка предохранителей с задней стороны щита допускается в том случае, когда у главного распределительного щита имеется постоянная вахта, а также когда предохранители являются добавочными устройствами к автоматическим выключателям для защиты от токов короткого замыкания и защиты контрольных и вспомогательных цепей.
Шины распределительных устройств окрашиваются в следующие цвета.
переменный ток: шина фазы А - зеленая; шина фазы В - желтая; шина фазы С фиолето-
вая; шина нулевая (нулевой провод) - серая; заземляющее соединения - черные;
постоянный ток: шина положительного полюса - красная; шина отрицательного полюса - синяя; шина уравнительного назначения - белая; заземляющие соединения (провод) - черные.
На коммутационной, защитной, регулирующей, измерительной, сигнальной аппара
туре и других устройствах, установленных на щите, должны быть таблички с четкими над
писями об их назначении. Около клемм отходящих фидеров должны быть таблички с наи
менованием фидера, а у предохранителей или автоматов, включающих эти фидеры, - с указанием их назначения и номинальной силы тока.
На внутренней стороне дверцы распределительного щита (на лицевой панели кар-
касного щита) должна быть схема коммутации с указанием наименовании отходящих фи-
деров.
Главные распределительные щиты должны иметь освещение передней лицевой панели и освещение за щитом, при этом питание одной части светильников должно осуще
ствляться от шин данного щита, а другой части - от сети аварийного освещения.
При мощности электростанции, не превышающей 25 кВт, допускается установка однопанельных главных распределительных щитов, в том числе приставного или навесно
го типа.
На ГРЩ должна быть обеспечена возможность измерения сопротивления изоляции электроустановки, находящейся под напряжением, а также должно быть устройство, сигна
лизирующее о наличии напряжения на кабеле питания с берега.
Для контроля за работой ответственных потребителей на распределительном щите в питающем фидере должен быть установлен амперметр. Допускается установка ампер-
метров с переключателями, но не более чем на шесть положений.
Электрораспределительные щиты должны иметь защитные конденсаторы для устра
нения помех радиоприему.
2. Коммутационные аппараты распределительных устройств
2.1. Основные сведения
Различают два вида электрических аппаратов распределительных устройств:
1. коммутационные;
2. коммутационно-защитные.
Коммутационными называются аппараты ручного действия, предназначены только для коммутации электрических цепей, т.е. их включения, выключения и переключения. Защитные функции, например, защиту цепей от токов короткого замыкания, токов пере-
грузки, эти аппараты не выполняют.
К коммутационным аппаратам относятся рубильники, выключатели ( неавтоматиче
ские ) и переключатели.
Коммутационно-защитными называются аппараты ручного или дистанционного действия, предназначены как для коммутации электрических цепей, так и для их защиты. К ним относятся автоматические выключатели ( см. ниже ).
2.2. Рубильники, выключатели и переключатели
Основные сведения
Рубильники, пакетные выключатели и переключатели это коммутационные аппа
раты ручного действия, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей под нагрузкой ( под током ).
Эти аппараты лишь коммутируют электрические цепи, но не защищают их, напри-
мер, от токов короткого замыкания, токов перегрузки и т.п.
Совмещают в себе функции коммутации и защиты т.н. коммутационно-защитные аппараты ( см. ниже ).
Рубильники
Рубильником называется электрический аппарат с ручным приводом, предназначен
ный для замыкания и размыкания электрических цепей под током.
Устройство рубильника показано на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Рубильник:
1 зажимные пружины; 2 неподвижный контакт; 3 рукоятка; 4 главный контакт; 5 отрывная пружина; 6 дугогасительный контакт
Рубильник имеет два медных подвижных контакта: главный 4 и дугогасительный 6, а также один неподвижный - 2. Неподвижный контакт имеет щелевидную форму и снаб
жен нажимными пружинами 1. Контакты 4 и 6 приводятся в движение рукояткой 3 из изоляционного материала.
Для включения рубильника рукоятку поворачивают в напрпавлении протв часовой стрелки. Первым в щель контакта 2 войдет контакт 6, а при дальнейшем движении рукоят
ки до упора контакт 4. Плотное обжатие контакта 4 внутри контакта 2 обеспечивают нажимные пружины.
При выключении порядок размыкания контактов обратный сначала из щели вый
дет главный контакт 4, и ток будет протекать через дугогасительный контакт 6. При дальнейшем повороте рукоятки по часовой стрелке пружина 5 будет растягиваться до тех
пор, пока зажимные пружины способны удержать контакт 6 в щели контакта 2.
В конце поворота рукоятки контакт 6 под действием пружины выйдет из щели, при
чем размыкание контактов 2 и 6 происходит практически мгновенно. Тем самым резко ускоряется гашение дуги в воздухе.
Из сказанного следует, что в процессе размыкания контактов обгорает именно дуго
гасительный контакт, а поверхность главного контакта сохраняется целой.
При обгорании дугогасительный контакт легко заменяется.
При токах 600 А и выше вместо медных дугогасительных контактов применяют медно-графитные.
К рубильникам относят рубящие переключатели и разъединители.
Устройство переключателей и разъединители во многом схоже с устройством ру-
бильников.
Рубящий переключатель предназначен для замыкания, размыкания и переключе-
ния электрических цепей под током.
Разъединитель предназначен для замыкания и размыкания электрических цепей без тока.
Разъединители применяют на судах в качестве секционных выключателей на ГРЩ. При помощи этих выключателей шины ГРЩ делятся на несколько участков, которые при нормальной работе электрически через разъединители соединены между собой, образуя единую систему шин.
Если же надо обесточить какой-либо участок ГРЩ, например, для выполнения про
филактических работ, соответствующий разъединитель выключают, предварительно сняв нагрузку с отключаемого участка ( обычно путем отключения автоматов приемников элек
троэнергии ).
Рубящие переключатели применяют в мощных понижающих трансформаторах для плавного регулирования напряжения. С помощью этих переключателей изменяют число витков первичной обмотки трансформатора, в результате изменяется напряжение на вто-
ричной обмотке.
Выключатели и переключатели
Основные сведения
Судовые выключатели и переключатели это коммутационные аппараты ручного управления, состоящие из собранных в пакеты секций с контактами. Поэтому они получи-
ли название «пакетные».
Пакетные выключатели предназначены для включения и выключения цепей посто
янного и переменного тока.
Пакетные переключатели предназначены для переключения упомянутых цепей.Не-которые типы переключателей, кроме переключения, позволяют включать и выключать питание переключаемых цепей.
Пакетные выключатели и переключатели делятся по таким признакам:
Переключатели выполняются на два или три направления.
Пакетные выключатели и переключатели изготовляются на номинальные токи от
10 А до 400 А
Пакетные выключатели
Пакетный двухполюсный выключатель изображен на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Пакетный двухполюсный выключатель:
а общий вид; б пакет выключателя; в схема; 1 крышка; 2 рукоятка; 3 изоляторы; 4 неподвижные контакты; 5 - фибровые шайбы; 6 подвижные контакты
Выключатель имеет два пакета ( рис. 4.6, а ), каждый из которых ( рис. 4.6, б ) вклю
чает в себя подвижный латунный контакт 6 в виде лепестка, два неподвижных контакта 4 и корпус 3 из изоляционного материала.
В исходном положении ось подвижного контакта 6 расположена горизонтально, поэтому этот контакт соединяет через себя левый и правый неподвижные контакты 4. Та-
му состоянию контактов соответствует схема на рис. 4.6, в ( нижняя ).
При повороте рукоятки выключателя на 90º по часовой стрелке подвижный кон-
такт устанавливается вертикально, поэтому цепь через контакты 6 и 4 обрывается. Такому
му состоянию контактов соответствует схема на рис. 4.6, в ( верхняя ).
При помощи пружины в верхней части выключателя ( не показана ) контакты раз-
каются мгновенно при подходе рукоятки к положению, близкому к 90º. Такое мгновенное размыкание контактов способствует уменьшению их обгорания.
Пакетные переключатели
Устройство и принцип действия пакетных переключателей те же, что и пакетных выключателей. Отличие состоит в форме подвижных контактов ( рис. 4.7 ).
Как видно из рис.4.7, двухполюсный переключатель на три направления имеет че-
тыре контакта, расположенных в направлении сверху вниз. Каждый контакт выполнен в виде цельного лепестка, состоящего из двух частей в виде линий с поперечными черточ-
ками.
При этом угол раствора линий верхнего и третьего сверху контактов составляет 135º, второго и четвертого - 90º.
Схема на рис. 4.7. позволяет поочередно подключить к выходным проводам С, Содну из трех питающих сетей с выводами соответственно 1Л, 1Л, 2Л, 2Ли 3Л.
В положении контактов, изображенном на рис. 4.7, провод 1Л соединен с прово-
дом С через первый сверху подвижный контакт, провод 1Л с проводом С- через тре-
тий сверху контакт. Иначе говоря нагрузка, подключенная к выводам С, С, подключена к первой сети с выводами 1Л, 1Л. Это положение на корпусе переключателя обозначе-
но как «I».
Рис. 4.7. Принципиальная электрическая схема двухполюсного переключателя на три направления: ):
0, I, II, III положения рукоятки переключателя; 1Л, 1Л- провода первой питаю-
щей сети; 2Л, 2Л- провода второй питающей сети; 3Л, 3Л- провода третьей питаю-
щей сети; С, С- провода нагрузки
При повороте рукоятки на 90º по часовой стрелке все четыре подвижных контакта также повернутся на этот угол. В результате через второй и четвертый сверху подвижные контакты с выводами С, С соединятся выводы 2Л, 2Л( положение «II» ).
При повороте рукоятки еще на 90º по часовой стрелке через второй и четвертый сверху подвижные контакты с выводами С, С соединятся выводы 3Л, 3Л( положе-
ние «III» ).
При установке рукоятки в положение «0» все четыре подвижных контакта размы-
каются.
Пакетные выключатели и переключатели имеют такие свойства:
том пространстве);
Например, допустимое число операций «включено-выключено» при токах от 100
до 400 А и напряжении 220 В не более 10 000.
2.3. Универсальные переключатели
Универсальные переключатели это облегченные командоконтроллеры, предна-
значенные для нечастого переключения контактов в цепях управления и электроизмери-
тельных приборов. Частота переключений не более 100 вкл / мин.
Рис. 4.8. Универсальный переключатель серии УП:
1- рукоятка управления; 2 секции ( 6 шт. )
Переключатели собираются из отдельных контактных секций, изолированных друг
от друга пластмассовыми перегородками ( рис. 4.8 ) .
Контактная секция ( рис. 4.9 ) состоит из двух подвижных контактов 5, одного не-
подвижного контакта 4 и комплекта кулачковых шайб 9 из изоляционного материала.
Рис. 4.9. Секция переключателя серии УП:
1- пластмассовая перегородка; 2 контактная планка; 3 винт; 4 неподвижный контакт; 5 подвижные контакты ( 2 шт. ); 6 серебряные напайки; 7 скобы; 8 зажи-
мы; 9 кулачковые шайбы; 10 главный валик
Неподвижные контакты закрепляются на общей пластмассовой планке 2, а подвиж
ные крепятся к скобам 7. Кулачковые шайбы жестко насажены на главный валик 10, про
ходящий через секции.
При повороте валика кулачки шайб поворачивают скобы 7 с подвижными контак-
тами, в результате чего последние могут замыкаться или размыкаться. Количество секций в переключателе, формы профилей шайб и их взаимное расположение определяются про-
граммой переключений в схеме управления.
В зависимости от схемы соединений контакты переключателей УП имеют одно-,
двух- или четырехкратный разрыв тока.
Рис. 4.10. Монтажная схема универсального переключателя ( а ) и таблица замыканий его контактов ( б )
На рис. 4.10 показана монтажная схема шестисекционного переключателя ( верх-
ний рисунок ) и таблица замыканий его контактов в шести положениях ( нижний рисунок ): при нулевом положении рукоятки ( 0º ), повороте на - 45º, -90º ( против часовой стрелки ), при повороте на +45º, +90º и +135º ( по часовой стрелке ).
Например, контакты №1 и №12 замкнуты только при повороте рукоятки переклю-
чателя на +90º, контакты №2 и №11 замкнуты при повороте рукоятки на -90º, и т.д.
Максимальное число секций в одном переключателе не более 16. Фиксация положе
ния обеспечивается с помощью звёздочки и ролика, укреплённого на рычаге с пружиной.
Переключатели УП изготавливаются с фиксацией рукоятки в каждом положении или с пружинным самовозвратом ее в нулевое положение . Рукоятки имеют либо оваль-
ную, либо револьверную ( рис. 4.8 ) форму.
2.4. Универсальные переключатели без разрыва тока
Универсальные переключатели типов КФ ( ключ флотский ) и ПФУ ( переключа-
тель флотский универсальный ) отличаются от переключателей типа УП главным образом тем, что они позволяют производить переключения как с разрывом, так и без разрыва тока ( рис. 4.11 ).
Рис. 4.11. Секция универсального переключателя с переключением без разрыва тока:
1 центральный валик; 2 подвижный контактный мостик ( контакт ); 3 непод-вижные контакты; А, В, С цепи тока
Переключатели КФ и ПФУ собираются из пластмассовых секций. На каждой сек-
ции ( рис. 4.11, слева ) укреплены неподвижные контакты 3. Подвижный контактный мо-
стик 2, связанный механически с центральным валиком 1, помещается внутри секции. В зависимости от конфигурации контактного мостика получают ту или иную диаграмму замыканий контактов.
В исходном положении ( рис. 4.11, а ) ток перетекает из цепи А в цепь В. При пово-
роте рукоятки переключателя на +30º ( рис. 4.11, б ) часть тока из цепи А продолжает попадать в цепь В, а другая часть в цепь С, т.е. начальная цепь тока А В ( рис. 4.11, а ) сохраняется и в этом положении. При повороте рукоятки на +45º ( рис. 23, в ) весь ток из цепи А переключается в цепь С.
Переключатели без разрыва тока применяют в качестве щитовых переключателей
амперметров для контроля тока в нескольких цепях переменного тока. Через контакты безобрывных переключателей общий на несколько цепей амперметр подключается ко вторичной обмотке очередного трансформатора тока, в то время как вторичные обмотки остальных трансформаторов тока, по условиям ПТБ, должны оставаться замкнутыми.
2.5. Промышленные типы пакетных выключателей и переключателей
Промышленность выпускает пакетные выключатели и переключатели типов ПВМ, ППМ, ВПКМ, ГВПМ, ВГПМ, ГППМ и серии ПК. Все они рассчитаны на переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 380 В и постоянный ток до 220 В.
Условное обозначение типоисполнения этих коммутационных аппаратов ( кроме аппаратов серии ПК ) имеет четыре символа */** / ***/****, имеющих такое значение:
* - тип апппарата и защитное исполнение корпуса : ПВМ пакетный выключатель открытого исполнения; ППМ - пакетный переключатель открытого исполнения; ВПКМ -
пакетный выключатель защищенного исполнения; ГПВМ и ВГПМ - пакетный выключа-
тель герметического исполнения; ГППМ - пакетный переключатель открытого исполне-
ния;
** - число полюсов: 2 два полюса; 3 три полюса;
*** - номинальный ток ( при напряжении 220 В постоянного и переменного тока указан без скобок, при напряжении 380 В переменного тока указан в скобках ): 10 10 А
( 6 А ); 25 25 А ( 16 А ); 63 63 А ( 40 А ); 100 100 А ( 63 А ); 250 250 А ( 160 А ); 400 400 А ( 250 А );
**** - число направлений переключений ( только для переключателей ): Н2 два направления; Н3 три направления.
Пример 1.
Условное обозначение ПВМ3-10 расшифровывается так:
ПВМ - пакетный выключатель открытого исполнения;
3 трехполюсный;
10 номинальный ток контактов 10 А при напряжении 220 В постоянного и переменного тока ( 6А при напряжении 380 В переменного тока ).
Пример 2.
Условное обозначение ГПВМ2-63 / Н2 расшифровывается так:
ГПВМ - пакетный переключатель герметического исполнения;
2 двухполюсный;
63 номинальный ток контактов 63 А при напряжении 220 В постоянного и переменного тока ( 40А при напряжении 380 В переменного тока );
Н2 на два направления.
3. Коммутационно-защитная аппаратура распределительных устройств
3.1. Автоматические выключатели
Автоматическими называются выключатели, предназначенные для автоматическо-
го отключения электрических цепей при аварийных ситуациях.
В нормальных условиях работы они используются для нечастых включений и от-
ключений этих цепей.
К аварийным ситуациям относят:
1. короткое замыкание;
2. перегрузку ( по току );
3. недопустимое ( по условиям эксплуатации ) снижение напряжения сети.
3.2. Классификация АВ
б ) установочные способные выполнять более узкие задачи ( защиту от токов короткого замыкания и токов перегрузки );
а ) постоянного тока;
б ) переменного тока;
в ) постоянно-переменного тока ( используются в сетях как постоянного, так и пере
менного тока );
а ) однополюсные;
б ) двухполюсные;
в ) треполюсные;
Примечание: В селективных автоматах выдержка времени обеспечивается путем
добавления замедлителя, который называют селективной приставкой. Иначе говоря, се-
лективная приставка это реле времени ( электромеханическое, электронное и др. ).
Селективные выключатели применяют для защиты генераторов . Задержка отклю-
чения выключателя генератора ( не более 1 с ) необходима для того, чтобы генераторы не отключался пусковыми токами мощных электродвигателей.
а ) с максимальным расцепителем ( защита только от токов короткого замыкания );
б ) с комбинированным расцепителем ( защита от токов короткого и токов перегруз
ки );
в ) с минимальным расцепителем ( отключает выключатель при провале напряже-
ния );
г ) с дистанционным расцепителем;
Примечание: расцепитель часть выключателя, воздействующая непосредственно на механизм его отключения при критических параметрах защищаемой цепи ( токе, напря
жении ).
а ) ручной;
б ) электромагнитный;
в ) электродвигательный.
3.3. Устройство автоматического выключателя
Выключатели состоят из следующих основных элементов:
Рассмотрим устройство выключателя на токи свыше 200 А, изображенного в упрощенном вид ( рис. 4. 12 ).
Рис. 4.12. Принципиальная схема автоматического выключателя на токи
свыше 200 А:
1. дугогасительный контакт; 2 дугогасительная камера; 3 главные неподвижные контакты; 4 тепловой расцепитель ( с биметаллической пластиной ); 5 электро-
магнитный расцепитель ( реле максимального тока ); 6 минимальный расцепитель
( реле минимального напряжения ); 7 независимый расцепитель ( промежуточное реле ); 8 рукоятка выключателя; 9 упор; 10, 12 «ломающиеся» рычаги; 11 ка-
тушка дистанционного включения автомата; 13 отключающая пружина; 14 - шунт
Главная контактная система выключателя состоит из трех главных контактов 3 двух неподвижных и одного подпружиненного подвижного, и дугогасительного контакта 1. Через главные контакты проходит ток электрической цепи, которую автомат защищает. Дугогасительный контакт защищает главные контакты от воздействия электрической дуги при их размыкании.
Дугогасительная система представляет собой съемную камеру 2, которая закрепле
на на оси О. Для осмотра контактов камеру можно поднять вверх поворотом вокруг оси Опо часовой стрелке. На рис. 4.12 камера показана в рабочем положении.
Привод выключателя предназначен для его включения и отключения. Данный вы-
ключатель имеет ручной и электромагнитный привод.
В состав привода входят рукоятка выключателя 8, «ломающиеся» рычаги 10, 12 и
катушка 11 дистанционного включения автомата. Отключение выключателя происходит
при помощи пружины 13 после разъединения расцепляющего устройства.
Расцепляющее устройство предназначено для механического воздействия на при-
вод автомата при его отключении. На рис. 4.12 это устройство условно показано в виде рычага в форме перевернутой буквы «Т».
Расцепители представляют собой реле той или иной конструкции, механически воз
действующие на расцепляющее устройство. Таких расцепителей на рис. 4.12 показано четыре:
стиной 4;
Вспомогательные контакты на рис. 4.12 не показаны. Обычно вспомогательные контакты расположены внутри съемного коммутатора , который пристраивают к корпусу выключателя. Подвижный шток коммутатора механически связан с подвижной частью выключателя, поэтому при включении выключателя вспомогательные контакты переклю-
чаются. Эти контакты используют в цепях сигнализации и контроля.
На рис. 4.12 все части автомата показаны в исходном ( отключенном ) состоянии. Положение рукоятки 8 и “ломающихся” рычагов 10 и 12 обозначено пунктирными линия
ми. Под действием отключающей пружины 13 дугогасительный контакт 1 и подпружинен
ный подвижный главный контакт 3 разомкнуты.
Включить выключатель можно двумя способами:
При ручном включении рукоятку выключателя 8 поворачивают вокруг оси О по
часовой стрелке до упора. При этом перемещаются дугогасительный контакт 1 и главный подвижный контакт 3.
Первым из них замкнется контакт 1 с расположенным напротив него подпружинен-
ным вторым вспомогательным контактом, вследствие чего через них образуется начальная цепь тока:
верхний неподвижный контакт 3 вспомогательные контакты 1 перемычка ( жгу-
тик ) нижний неподвижный контакт 3 шунт 14 катушка реле максимального тока 5.
Когда рукоятка 8 дойдет до упора, подвижный контакт 3 замкнется с неподвижны-
ми, вследствие ток станет протекать через главные контакты 3, минуя дугогасительные 1:
верхний и нижний неподвижные контакты 3 шунт 14 катушка реле максималь-
ного тока 5.
Ломающиеся рычаги 10 и 12 займут положение, обозначенное сплошной линией.
При дистанционном включении подается питание на катушку электромагнита 11, якорь которого перемещается и воздействует на рычаги 10 и 12 так же, как при ручном включении. После включения выключателя питание с катушки 11 снимается, однако вы-
ключатель остается включенням ( см. ниже “Механизм свободного расцепления”).
Отключение выключателя
Отключить выключатель можно тремя способами:
При ручном отключении рукоятку 8 резко переводять в положение “выключено”.
При движении рукоятки вначале разомкнутся главные контакты 3, поэтому ток
цепи станет протекать через дугогасительные контакты 1. Возникшая при этом дуга будет воздействовать на поверхность этих контактов, в то время как главные уже разомкнулись. Тем самым продлевается срок службы главных контактов. Дугогасительные контакты лег-
ко снимаются, поэтому их по мере обгорания быстро заменяют.
При дистанционном отключении подают питание на катушку 7 независимого расце
пителя. Этот расцепитель выполнен в виде реле напряжения, поэтому его якорь механиче-
ски воздействет на привод, а через него на рычаги 10 и 12. Автомат при этом отключает-
ся.
На судах дистанционное отключение выключателей применяют в тех случаях, ко-
гда возникла аварийная ситуация и необходимо срочно отключить какой-либо приемник электроэнергии. Например, при пожаре в МО должны дистанционно отключаться вентиля
торы, а также масляные и топливные насосы, находящиеся в МО. Места дистанционного отключения, по Правилам Регистра, должны находиться вне шахты МО, чаще всего на мостике и в коридорах рядом со входом в МО.
Автоматическое отключение возможно в трех случаях:
При коротком замыкании ток в катушке реле максимального тока 5 увеличивается
до значения, при котором якорь реле механически воздействует на привод выключателя.
Последний мгновенно ( без выдержки времени ) отключает выключатель.
При перегрузке цепи увеличивается ток в шунте 14 и падение напряжения на нем. Это напряжение снимается на нагревательный элемент , вследствие чего биметалличе-
ская пластина изгибается и механически воздействует на привод выключателя. Последний отключает выключатель с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату тока ( см. “Тепловые реле” ).
.
При недопустимом снижении напряжения в сети якорь реле минимального напря-
жения 6 отпадает и механически воздействует на привод выключателя. Последний отклю-
чает выключатель мгновенно.
Рассмотрим некоторые ответственные узлы выключателей более подробно. К та-
ким узлам относятся:
Под аварийными режимами работы цепи понимают короткое замыкание в ней, пе-
регрузку цепи по току и недопустимое снижение напряжения в цепи.
Рис. 4.13. Механизм свободного расцепления:
а - исходное состояние; б положение “включено”; в - положение “выключено автоматически”; 1 подвижный контакт; 2 неподвижный контакт; 3 отключаю
щая пружина расцепителя; 4 упор; 5 - “ломающиеся” рычаги; 6 рукоятка автома
тического выключателя; 7 шток; 8 катушка электромагнита; 9 якорь
Сам механизм свободного расцепления представляет собой систему шарнирно-свя-
занных рычагов 5 , соединяющих привод включения ( рукоятку ) 6 с подвижным контак
том 2, который соединен с отключающей пружиной 3.
Катушка 6 электромагнита включена последовательно в цепь главных контактов автомата 1 и 2, через которые проходит рабочий ток потребителя, например, двигателя.
В верхнем роложении рукоятки 6 ( рис. 4.13, а ) автомат включен, его контакты 1 и 2 замкнуты и удерживаются в таком состоянии рычагами 5, соединенными шарнирно, и упора 4; при этом пружина 3 растянута.
При коротком замыкании в сети или в устройстве, получающем питание через главные контакты автомата, ток в катушке 8 достигает значения, при котором якорь 9 выталкивается вверх и своим штоком 7 ударяет по рычагам 5, «переламывая» их в шар
нире.
Пружина 3, лишенная упора рычагами 5, сжимается и размыкает контакты 1 и 2
( рис. 4.13, б ). До тех пор, пока ток в катушке 8 не снизится до значения менее уставки автомата, шток 7 не допустит включения автомата.
После устранения короткого замыкания автомат следует включить. Для этого рукоятку 6 необходимо отвести вниз ( рис. 4.13, в ), при этом рычаги 5 выпрямятся, а упор 4 будет удерживать их в таком состоянии. Затем рукоятку следует перевести в верхнее положение, при котором контакты 1 и 2 замкнутся, а пружина 3 останется натянутой.
В некоторых типах автоматов возможно дистанционное управление ( т.е. вклю-
чение и отключение автомата ) посредством электромагнита или электродвигателя. В этом случае включение и отключение автомата выполняется кнопками «Пуск» и «Стоп» ( красного цвета ).
В автоматических выключателях отечественного производства, например, выклю
чателях типа АК-50 ( А автоматический выключатель, К Курский завод-изготови-
тель, 50 значение номинального тока ( А ) последнего по мощности в серии выключа
теля ), при коротком замыкании рукоятка 8 устанавливается в среднее положение, что позволяет судовому электромеханику быстро найти выключатель, отключившийся автоматически.
В случае автоматического выключения автомат разрешается включить повторно
только в случае его ложного срабатывания ( Правила технической эксплуатации морс-
ких и речных судов. КНДЗ 31.2.002.07-96 ). Однако на практике не всегда можно опреде
лить истинную причину отключения выключателя. Поэтому электромеханики обычно поступают так: повторно включают выключатель; если же он вновь выключит-
ся, тогда его не включают до тех пор, пока не будет найдена и устранена причина его отключения.
Расцепитель часть выключателя, воздействующая непосредственно на механизм его отключения при критических параметрах защищаемой цепи ( токе, напряжении ).
Расцепители представляют собой реле или элементы реле, встроенные в выключа-
тель с использованием его элементов или приспособленные к его конструкции.
Расцепители выполняют на базе обычных электромагнитных реле ( тока, напряже-
ния ). Однако в последнее время все чаще применяются расцепители на базе статических электронных реле. Электронная часть этих реле контролирует ту или иную физическую величину, но в их выходной цепи все равно включено электромагнитное реле, якорь кото-
рого воздействует на механизм расцепления.
Любой автоматический выключатель обязательно имеет электромагнитный расце-
питель максимального тока, мгновенно отключающий выключатель при коротком замка-
нии ( рис. 4.14 и 4.15 ).
В некоторых типах выключателей, кроме электромагнитного, применяется электро-
тепловой, отключающий выключатель с выдержкой времени в зоне токов перегрузки.
Такой расцепитель называют комбинированным ( рис. 4.16 ). Следует заметить, что автоматические выключатели с одним электротепловым расцепителем не выпускаются.
Аппарат, имеющий только электротепловой расцепитель, называют электротепловым реле ( ниже см. “Реле электротепловые” ).
Дополнительно выключатели могут снабжаться расцепителями:
минимальными ( минимального или нулевого напряжения ) для автоматического отключения выключателя при снижении напряжения ниже допустимого уровня или его исчезновении( рис. 4.17 и 4.18 );
независимыми для дистанционного отключения выключателя путем подачи на
пряжения на катушку расцепителя ( рис. 4.19 и 4.20 ).
Рассмотрим поочередно устройство и принцип действия каждого упомянутого рас-
цепителя.
4.2. Электромагнитный расцепитель АВ
Электромагнитный расцепитель предназначен для отключения выключателя тока-
ми короткого замыкания, Его часто называют максимальным расцепителем. По устройст-
ву и принципу действия это реле максимального тока.
Рис. 4.14. Принципиальная схема максимального расцепителя:
1 рукоятка включения; 2 удерживающий рычаг; 3 отключающий рычаг; 4 регулировочная пружина; 5 отключающая пружина; 6 катушка; 7 якорь; 8 подвижный контакт; 9 неподвижный контакт
В исходном состоянии выключатель включен, ток цепи меньше тока уставки. При
этом удерживающий рычаг 2 находится в зацеплении с отключающим рычагом 3. Подвиж
ный 8 и неподвижный 9 контакты замкнуты, и через них и токовую катушку 6 протекает ток.
При коротком замыкании ток в катушке увеличивается и якорь 7, преодолевая про-
тиводействие регулировочной пружины 4, перемещается вниз. Якорь воздействует на отключающий рычаг 3 и выводит его из зацепления с удерживающим рычагом 2.
Подвижный контакт 8 под действием отключающей пружины 5 поворачивается в
направлении против часовой стрелки и размыкается с неподвижным 9.
Рукоятка включения выключателя 1 устанавливается в промежуточное положе-
ние, по которому легко определить, что выключатель отключился автоматически.
Рис. 4.15. Кинематическая схема максимального расцепителя:
1 шина, 2 сердечник; 3 якорь, 4 отключающий валик; 5 отключающая пру-
жина; 6 отключающий рычаг; 7 плечо отключающего валика; 8 регулировоч-
ная гайка
На рис. 4.12 изображена показана одна из конструкций максимального расцепите-
ля.
В ней в качестве катушки реле максимального тока используется токоведущая ши-
на 1, на которую надет сердечник 2. На якоре 3 реле укреплен отключающий рычаг 6, на-
ходящийся в зацеплении с отключающим валиком 4. Отключающая пружина 5 отттягива-
ет отключающий рычаг 6 вниз.
При коротком замыкании якорь 3 притягивается к сердечнику 2. Отключающий ры
чаг 6, преодолевая противодействие регулировочной пружины 5, поворачивается по часо-
вой стрелке вокруг оси Ои ударяет по выступающему плечу 7 отключающего валика 4. Валик поворачивается в направлении против часовой стрілки вокруг оси О, что приво-
дит к размыканию контактов выключателя.
Значение тока срабатывания ( тока уставки ) регулируют при помощи гайки 8. Чем сильней при помощи этой гайки растянута пружина 5, тем ток уставки больше, и наобо-
рот. С пружиной связана стрелка-указатель, скользящая вдоль шкалы , проградуирован-
ной в долях номинального тока, например, 0,7; 1,0; 1,5; 1,7; 2,0.
4.3. Комбинированный расцепитель АВ
Комбинированный расцепитель предназначен для отключения выключателя как токами короткого замыкания, так и токами перегрузки и поэтому содержит электромагнит
ное и электротепловое реле.
Рис. 4.16. Кинематическая схема комбинированного расцепителя:
1 шунт; 2 биметаллическая пластина; 3 регулировочный винт электротеплово
го реле; 4 отключающий валик; 5 якорь; 6 токопровод; 7 сердечник; 8 регу
лировочные гайки электромагнитного реле
Электротепловое реле включает в себя нагревательный элемент шунт 1, биме-
таллическую пластину 3 и регулировочный винт 3.
При перегрузке количество тепла, выделяемое в шунте, увеличивается. Биметалли-
ческая пластина изгибается и винтом 3 поворачивает отключающий валик 4 по часовой
стрелке вокруг оси О. Выключатель отключается.
Электромагнитное реле включает в себя сердечник 7, якорь 5, а в роли катушки вы
ступает токопровод ( участок шины ) 6.
При коротком замыкании якорь 5 притягивается к сердечнику 7 и поворачивает отключающий валик 4 по часовой стрелке вокруг оси О. Выключатель отключается.
Ток уставки электротеплового реле регулируют винтом 3, при помощи которого изменяют начальное расстояние между головкой винта и отключающим валиком: чем это расстояние больше, тем ток уставки больше, и на оборот.
Ток уставки электромагнитного реле регулируют перемещением гаек 8 вверх или вниз по резьбе. Тем самым изменяют начальное расстояние между якорем 5 и сердечни-
ком 7. Чем это расстояние больше, тем ток уставки больше, и на оборот.
4.4. Минимальный расцепитель АВ ( по напряжению )
В соответствии с Правилами Регистра, минимальный расцепитель АВ предназна-
чен:
1. для отключения АВ генератора при снижении напряжения ниже напряжения уставки ( обычно от 70 до 10% номинального напряжения ). При этом расцепитель должен отключить АВ с выдержкой времени ( чтобы исключить ложные отключения АВ при крат
ковременных провалах напряжения, например, вследствие пуска мощных приемников электроэнергии пожарного насоса, главного компрессора, брашпиля и др. );
2. для исключения включения АВ, если напряжение подготовленного к включению генератора менее 85% номинального. При этом расцепитель должен сработать мгновенно.
Рис. 4.17. Принципиальная схема минимального расцепителя:
1 рукоятка включения; 2 удерживающий рычаг; 3 отключающий рычаг; 4 регулировочная пружина; 5 отключающая пружина; 6 катушка; 7 якорь; 8 подвижный контакт; 9 неподвижный контакт
Принципиальная схема минимального расцепителя устроена так же, как максималь
ного ( рис. 4.15 ), за единственным исключением вместо токовой катушки в данной схе
ме используется катушка напряжения. В цепь последней включена кнопка SB «Отключе
ние».
При нормальном напряжении отключающий рычаг 3 находится в зацеплении с удерживающим рычагом 2.
При снижении напряжения якорь 7 под действием пружины 4 перемещается вверх, при этом отключающий рычаг 3 выходит из зацепления с удерживающим рычагом 2. Контакты размыкаются, выключатель отключается.
Схема работает аналогично при нажатии кнопки SB «Отключение».
Рис. 4.18. Кинематическая схема минимального расцепителя:
1, 8, 9 рычаги; 2- сердечник; 3 катушка; 4 якорь; 5 регулировочная пружина; 6 защелка; 7 отключающий валик; 10 промежуточный валик механизма сво
бодного расцепления; 11- регулировочная гайка
Минимальный расцепитель представляет собой реле минимального напряжения.
Реле состоит из сердечника 2, катушка 3 и якоря 4. Якорь через рычаги 8 и 1 механически связан с отключающим валиком 7. Регулировочная ( она же отключающая ) пружина 5 растянута и стремится оторвать якорь от сердечника. Защелка 6 находится в механиче-
ском зацеплении с промежуточным валиком 10 механизма свободного расцепления.
При снижении напряжения ( или отключении катушки ) якорь реле под действием пружины 5 отрывается от сердечника. Рычаг 1 перемещается вниз и поворачивает отклю-
чающий валик 7 вокруг оси Опо часовой стрелке. При этом контакты выключателя раз-
мыкаются.
Одновременно рычаг 9 нажимает на нижний край защелки 6, которая повернется во
круг оси О в направлении против часовой стрелки и освободит промежуточный валик 10 механизма свободного расцепления. В результате рукоятка выключателя повернется и установится в среднее положение “Автоматическое отключение”.
Напряжение отключения расцепителя регулируют гайкой 11. Чем сильней зажата эта гайка, тем при большем напряжении якорь оторвется от сердечника ( уставка увеличи
вается ), и наоборот.
4.5. Независимый расцепитель
Предназначен для дистанционного отключения выключателя оператором.
Иначе говоря, отключение выключателя с таким расцепителем не зависит от элект
рических параметров, например, тока или напряжения цепи, отсюда название «незави-
симый» ( от электрических параметров цепи ) расцепитель.
Рис. 4.19. Принципиальная схема независимого расцепителя:
1 рукоятка включения; 2 удерживающий рычаг; 3 отключающий рычаг; 4 регулировочная пружина; 5 отключающая пружина; 6 катушка; 7 якорь; 8 подвижный контакт; 9 неподвижный контакт
Принципиальная схема независимого расцепителя устроена так же, как минималь-
ного ( рис. 4.18 ), за единственным исключением в цепи катушки напряжения кнопка SB
«Отключение» имеет замыкающий контакт ( на рис. 4.18 размыкающий ).
В исходном состоянии ток через катушку напряжения 6 не протекает, отключаю-
щий рычаг 3 находится в зацеплении с удерживающим рычагом 2. Контакты замкнуты, выключатель включен.
При необходимости отключить выключатель нажимают кнопку SB, через катушку
6 протекает ток, якорь реле 7, преодолевая противодействие пружины 4, перемещается вниз и разобщает рычаги 3 и 2. Контакты размыкаются, выключатель отключается.
Рис. 4.20. Кинематическая схема независимого расцепителя:
1 сердечник; 2 катушка; 3 якорь; 4 защелка; 5 промежуточный валик механизма свободного расцепления
Кинематическая схема независимого расцепителя устроена так же, как минимально
го, за исключением: в исходном состоянии якорь реле 3 не притянут к сердечнику 1.
При подаче питания на катушку реле якорь 3 притягивается к сердечнику 1 и ударя
ет по нижней части защелки 4. Защелка поворачивается вокруг оси О в направлении про
тив часовой стрелки и освободит промежуточный валик 10 механизма свободного расцеп-
ления В результате рукоятка выключателя повернется и установится в среднее положение “Автоматическое отключение”.
В отличие от минимального расцепителя, в независимом расцепителе напряжение срабатывания не регулируется.
5. Характеристики автоматических выключателей
Основной характеристикой автоматических выключателей является защитная или
время-токовая ( рис. 4.21 ).
Защитной называется зависимость времени отключения выключателя от тока, т.е.
t ( I ).
Защитные характеристики выключателей зависят от типа расцепителя или, если их несколько, расцепителей выключателя.
Рассмотрим 3 вида характеристик выключателя:
Рис. 4.21. Защитная характеристика автоматического выключателя с разными видами расцепителей: а электромагнитным; б тепловым; в - комбинированным
Если автомат снабжен только максимальным расцепителем, то он не отключается
до тех пор, пока ток контролируемой цепи не возрастет до значения I ≥ 1,5 I( рис. 4.21, а ). Например, если кратность тока I / I= 1, т.е. ток цепи номинальный, время срабатывания выключателя t = ∞ ( т.е выключатель не сработает ).
При токе I ≥ 1,5 Iвыключатель отключается, причем время срабатывания t = = 0,03 с. Это время в зоне токов короткого замыкания ( т.е. при I > 1,5 I) не зависит от величины тока к.з., т.е. оно одинаково при I = 2, 3, 4 I, и т.д.
Малое время срабатывания является весьма ценным свойством автоматических выключателей, т.к. сводит к минимуму последствия протекания тока к.з. , например, на-
грев обмотки статора асинхронного двигателя при межвитковом замыкании в ней и т.п.
Это время определяется механической инерционностью всех движущихся частей выключа
теля.
Если автомат снабжен только тепловым расцепителем, то он не отключается при
токах, меньших или равных номинальному ( рис. 4.21, б ), но в зоне перегрузок, т.е. при токе I > I, отключается с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату тока. Например, при кратности тока I / I= 2, время срабатывания выключателя t = = 200 с, а при кратности I / I= 4 это время составляет t = 50 с. Иначе говоря, ток увеличился в 2 раза, а время срабатывания уменьшилось в 4 раза.
Примечание: промышленность не выпускает автоматические выключатели с одним только тепловым расцепителем, поэтому предыдущий абзац имеет условный характер
Если автомат снабжен комбинированным расцепителем, то его защитная характери
стика ( рис. 4.21, в ) представляет собой сочетание рассмотренных выше двух характери-
стик на рис. 4.21, а и 4.21, б.
Работе теплового расцепителя соответствует кривая abc, электромагнитного a'b'c', комбинированного abb'c'.
При токах нагрузки, меньших 1,5 I, работает только тепловой расцепитель, т.к. уставка электромагнитного расцепителя больше уставки теплового расцепителя. При то-
ках нагрузки, превышающих уставку электромагшнитного расцепителя, работает только электромагнитный расцепитель, т.к. тепловой расцепитель имеет при этих токах большее время срабатывания.номинальный.
6. Промышленные типы автоматических выключателей
6.1. Основные сведения
Промышленные автоматические выключатели предназначены:
условиях работы.
К аварийным случаям относят:
1.короткое замыкание в электрической цепи;
2. перегрузку ( по току ) электрической цепи.
Автоматические выключатели могут иметь два вида токовых расцепителей:
1. электромагнитные, срабатывающие мгновенно при токах короткого замыкания в 2...20 раз больше номинального;
2. комбинированные, имеющие в одном корпусе электромагнитный и тепловой
расцепители. Тепловой расцепитель отключает автоматический выключатель при токах перегрузки, превышающих номинальный в 1,25...1,8 раза.
Автоматические выключатели только с тепловым расцепителем не выпускаются.
Для защиты электрических цепей только от токов перегрузки служат тепловые реле ( см. ниже ).
Короме токовых расцепителей, автоматические выключатели могут иметь мини-
мальный расцепитель ( по напряжению ), отключающий выключатель при снижении напряжения до определенного значения.
В соответствии с требованиями Регистра, наличие этого расцепителя обязательно
в генераторных автоматических выключателях.
В большинстве типов автоматических выключателях для приемников электроэнер-
гии этот расцепитель отсутствует, кроме выключателей типа АКЗ.
В зависимости от времени срабатывания при коротком замыкании, автоматические выключатели делят на два вида:
1. неселективные, срабатывающие без выдержки времени;
2. селективные, срабатывающие с выдержкой времени.
Неселективные автоматические выключатели применяют для защиты приёмников
электроэнергии электродвигателей, нагревательных и осветительных приборов.
Неселективные автоматические выключатели в пластмассовом защитном корпусе
называют установочными.
Селективные автоматические выключатели применяют для защиты генераторов постоянного и переменного тока. Задержка отключения выключателя ( не более 1 с ) необ
ходима для того, чтобы генератор не отключался пусковыми токами мощных электродви
гателей.
Для получения такой задержки используют т.н. селективную приставку электро-
механическое или электронное реле максимального тока, срабатывающее с выдержкой времени.
На судах применяются генераторные выключатели серий АМ, АМ-М, В, В-М и
выключатели для приемников электроэнергии серий А3100, А3500, А3700, АК50, АК63,
АКЗ и др.
Буква „М” в обозначении серии генераторных выключателей означает, что данные выключатели, кроме ручного, имеют электродвигательный ( моторный ) привод для дис-
танционного включения и отключения выключателя.
В совокупности эти серии охватывают отрезок шкалы с токами от 0,6 до 5500 А и напряжеиями до 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока.
Специально изготовленные АВ могут работать в условиях тропического климата,
При этом в обозначение типа АВ добавляется буква «Т». Используются также АВ различ-
ных зарубежных фирм.
6.2. Автоматические выключатели генераторов
Автоматические выключатели этой группы предназначены для коммутации и защи
ты генераторов СЭС.
Рассмотрим устройство и принцип действия генераторного автоматического выклю
чателя серии АМ.
Автоматические выключатели серии АМ ( рис. 4.22 ) выпускают 2- и 3-полюсными на токи 800…5500 А.
Номинальные токи максимальных расцепителей могут отличаться от номинальных токов АВ. Так, в АВ типа АМ8 с I= 800 А могут устанавливаться максимальные расце
пители на номинальные токи 130, 190, 260, ..., 800 А.
Автоматический выключатель состоит из отдельных устройств:
Рис. 4.22. Автоматический выключатель серии АМ
Контактная система АВ каждого полюса состоит из комплекта главных и дугога
сительных контактов.
Главные неподвижные контакты 5 и 20 в местах касания с подвижными имеют вставки из серебряных пластин. Подвижный контакт-ролик 6, окантованный серебром, при повороте вала 19 с помощью выдвижного рычага вкатывается между неподвижными контактами, образуя надежный контакт. Несколько раньше кулачок, насаженный на вал 19, через ролик поворачивает дугогасительный контакт 17, который замыкается со вторым контактом 12.
При включении АВ первыми замыкаются дугогасительные контакты 17, 12, а за-
тем - главные. При отключении АВ размыкание контактов происходит в обратной последо
вательности: роликом 18 последними размыкаются дугогасительные контакты. Этим иск-
лючается появление электрической дуги на главных контактах.
При замыкании контактов 17, 12 возникает дуга, создающая силы электродинамиче
ского отталкивания. Для гашения этих сил дугогасительные контакты снабжены компенса
ционным устройством.
Контакт 12 сможет поворачиваться относительно оси 13 на небольшой угол, и его положение в разомкнутом состоянии фиксируется пружиной 11. Стойка 9 имеет прорезь 10, заполненную изоляционной прокладкой, и ток дугогасительных контактов направля-
ется по наружной кромке стойки 9 через ось 13, контакт 12 и далее через контакты 17 и 20 (путь тока на рис. 5.4 показан стрелками).
Между стойкой 9 и контактом 12 возникают силы электродинамического отталкива
ния.
Сила давления тем больше, чем больше протекающий ток через контакты. Так обе-
спечивается надежное соприкосновение дугогасительных контактов даже во время появле
ния дуги.
Возникающая дуга удлиняется, движется по дугогасительным рогам 14, 16 и попа
дает в асбоцементную дугогаси-тельную камеру 15 с прорезями. Здесь дуга охлаждается и гаснет.
Должны выдерживаться указанные на чертеже зазоры между рогом 14, контактом 12 и укрепленной на нем контактной медно-графитовой пластиной. При отсутствии этих зазоров ухудшаются условия гашения дуги.
Привод АВ может быть ручным (выполнен с помощью рукоятки) или электромеха
ническим (с помощью электродвигателя, работающего через редуктор).
В первом случае для включения АВ рукоятку опускают вниз (до отказа), затем бы-
стрым движением переводят ее вверх (до отказа). При выключении рукоятку резко перево
дят в нижнее положение.
Электродвигательным приводом управляют с помощью выносных кнопок.
Механизм свободного расцепления - это система рычагов, валиков и пружин, через которые момент, приложенный к рукоятке, или момент ЭД передается на вал 19.
При включении АВ взводятся пружины механизма свободного расцепления. Если какие-либо из защит будут в это время воздействовать на отключающий валик 21, то меха
низм свободного расцепления не даст возможности АВ включиться.
Отключение АВ происходит под действием отпущенных пружин.
Остальные устройства АВ называются пристройками. Их число и виды определяют
ся вариантом исполнения АВ. К пристройкам относятся максимальные расцепители ( за-
щита от токов КЗ или перегрузок), замедлители (реле времени), независимый и мини
мальный расцепители, коммутатор.
Автоматические выключатели серии АМ имеют максимальный расцепитель для от
ключения токов КЗ. Магнитопровод 8 расцепителя находится на токоведущей части кон
такта 5 и изолирован от него изоляционной втулкой 7.
У АВ типа АМ8 магнитопровод заменен токовой катушкой. При возникновении то
ка КЗ магнитный поток в магнитопроводе становится достаточным для преодоления уси-
лий противодействующих пружин и притяжения подвижного якоря 4 магнитопровода.
Якорь 4 через кронштейн и ролик воздействует на рычаг. Возникает момент враще-
ния селективного вала 21. Начинает действовать замедлитель (расположен с другой сторо-
ны АВ и на рис. 5.4 не показан).
Замедлитель бывает часовым или анкерным. Только после истечения его выдержки времени валик 21 повернется так, что его кронштейн с роликом нажмет на пластину 3.
При этом поворачивается отключающий валик 2, который через механизм свобод-
ного расцепления отключит АВ.
В схемах судовых генераторов обычно устанавливают 2 токовые защиты:
1. от токов КЗ;
2. от токов перегрузки.
АВ всегда имеют защиту от токов КЗ, а защита от перегрузок может выполняться другими устройствами, работающими не на отключение генератора, а на отключение ма-
лоответственных потребителей ( камбуз, бытовая вентиляция и пр. ).
Только по специальному заказу могут изготовляться АВ с дополнительными макси
мальными расцепителями, работающими в зоне перегрузок (на рис. 4.23 : I - зона перегру-
зок; II - зона КЗ, начинается при I = 2 I ).
Рис. 4.23. Время-токовая ( ампер-секундная ) характеристика защит АВ серии АМ:
I зона перегрузок; II зона коротких замыканий
Винтом I (см. рис. 4.22 ), изменяя натяжение противодействующей пружины, мож
но изменять границу зоны КЗ.
Замедлитель АВ может быть настроен на различные уставки срабатывания: 0,18, 0,38, 0,63 с (см. рис. 4.23). При возникновении любого тока больше 2I валик 21 че- рез валик 2 отключит АВ с выдержкой времени, на которую настроен замедлитель.
Время срабатывания не зависит от значения тока: достаточно, чтобы он был более 2I.
Наличие трех уставок по времени позволяет называть АВ селективным (избиратель
ным). Уставка по времени данного АВ согласуется с уставками других АВ электроэнерге
тической системы с таким расчетом, чтобы при возникновении КЗ в определенной точке первым отключился ближайший АВ, сохраняя работоспособность остальной части систе
мы.
При изготовлении АВ с защитой в зоне перегрузок применяют термобиметалличе-
ские расцепители. Они позволяют получить характеристику СD (см. рис.4.23). Время изги
бания биметаллического элемента и отключения АВ зависит от тока перегрузки.
Независимый расцепитель АВ служит для мгновенного отключения генератора. При нажатии на кнопку отключения подается питание на катушку 23 расцепителя (см. рис. 4.22 ). Подвижный якорь расцепителя преодолевает усилие пружины 22 и освобожда
ет рычаг 24, который под действием пружины 25 ударяет по рычагу с роликом отключаю
щего вала 2, в результате АВ отключается.
При включении АВ вместе с валом поворачивается включающий вал 26 и насажен
ный на него кулачок через отводку с роликом возвращает рычаг 24 в исходное состояние. Собачка якоря расцепителя вновь удерживает рычаг 24.
Минимальный расцепитель (на рис. 4.22 не показан) служит для отключения АВ при снижении напряжения ниже допустимого. Кроме того, если генератор возбудился до напряжения ниже 0,8 U , то минимальный расцепитель при попытке включить АВ вновь его отключит. Катушка 23 минимального расцепителя находится под напряжением генератора и якорь расцепителя притянут. При U < Uрасцепитель отпускает якорь, освобождается рычаг, воздействующий на отключающий валик 2, и АВ отключается.
Коммутатор представляет собой набор вспомогательных контактов, переключае
мых рычагами вместе с валами 19 и 26. Контакты коммутатора переключают цепи сигнализации и управления СЭС (например, лампы "Г1 включен", "Г2 выключен").
6.3. Электродвигательный привод автоматического выключателя серии АМ Этот привод изображен на рис. 4.24.
Рис. 4.24. Схема управления автоматическим выключателем серии АМ
В состав привода входят:
1. коллекторный электродвигатель М переменного тока;
2. электромагнитная муфта УС, соединяющая двигатель с редуктором, через кото-
рый взводятся пружины механизма свободного расцепления;
главными контактами АВ;
6. контактов SF1-SF4, управляемых механизмом взвода пружин.
На cхеме также изображены:
1. QF - - контактная система АВ;
2. FА максимальные расцепители;
3. КV2- минимальный расцепитель.
Каждое включение или отключение АВ происходит за счет энергии взведенных пружин. После срабатывания АВ собирается цепь пуска двигателя М, взводятся пружины для следующего включения (отключения) АВ и двигатель отключается.
На рис. 4.24 состояние схемы соответствует положению АВ со взведенными пру
жинами. При нажатии на кнопку "Пуск" электромагнит YА освобождает взведенные пру
жины, АВ включается и контакт SQ1 размыкается, а контакт SQ2 переключается в поло
жение 1, обеспечивая пуск двигателя М.
В конце взвода пружин контакты SF1, SF2 размыкаются, а SF3, SF4 замыкаются:
- электродвигатель М отключается.
При нажатии на кнопку "Стоп" поступает питание на минимальный расцепитель КV1, АВ выключается: контакт SQ1 замыкается, а SQ2 переключается в положение 2 и через замкнутый контакт SF3 включается двигатель М взвода пружины.
В конце взвода контакты SF1-SF4 возвращаются в состояние, показанyое на схеме, и двигатель отключается.
Собственное время отключения АВ не превышает 0,08 с, взвод цружин - примерно 10 с. При снижении напряжения на 20-30 % номинального с выдержкой времени 2 с (соз
дается цепью С-R2-RЗ) расцепитель КV2 прямым воздействием на отключающий вал 19 (см. рис. 4.24 ) отключит АВ.
Допускается 10 включений АВ подряд, затем требуется 30-минутный перерыв. Ручной резервный взвод механизма АВ осуществляется вращением съемной рукоят
ки. После взвода поворотом рукоятки включения АВ можно включить (выключить).
При техническом обслуживании АВ следует обращать внимание на состояние кон-
тактных поверхностей. Наплавления металла на контактах удаляют бархатным напильни-
ком. Со всех деталей удаляют пыль и нагар. Проверяют чистоту дугогасительных камер, правильность их установки, плавность работы механизма свободного расцепления. При обслуживании АВ с частичной разборкой проверяют усилия нажатия контактов, их прова-
лы, испытывают в работе все защиты.
Автоматические выключатели приемников электроэнергии
Основные сведения
АВ приемников электроэнергии устроены проще по сравнению с АВ генераторов,
что объясняется более простыми условиями их работы.
Большая часть серий АВ приемников имеет максимальные ( от токов к.з. ) либо ком
бинированные ( от токов к.з. и токов перегрузки ) расцепители.
Все без исключения типы АВ приемников не имеют замедлителей, т.е. при корот-
ком замыкании отключаются мгновенно. Напомним, что генераторные АВ имеют замед-
литель, который называют селективной приставкой. Иначе говоря, селективная приставка это реле времени ( электромеханическое, электронное и др. ). Задержка отключения АВ генераторов ( не более 1 с ) необходима для того, чтобы генераторы не отключались пусковыми токами мощных электродвигателей.
Стремление соединить в одном АВ все три вида защит, необходимые приемникам электроэнергии максимальную ( от токов к.з. ), тепловую ( от токов перегрузки ) и по снижению напряжения ( нулевую ) привело к созданию автоматических выключателей
серии АКЗ290М4. В этих АВ встроены: 3 максимальных электромагнитных расцепителя к.з. ), тепловой расцепитель с тремя тепловыми элементами ( от токов перегрузки ) и мини
мальный расцепитель ( отключает АВ при снижении напряжения питающей сети до 25% номинального ).
В качестве примера рассмотрим устройство автоматических выключателей серий А3300 ( рис. 4.25 ) и АК50 ( рис. 4.26 ).
6.5. Выключатели приемников электроэнергии серии А3300
Выключатели серии А3300 применяются в сетях постоянного и переменного тока.
Они предназначены для автоматического отключения контролируемых ими цепей при то-
ках короткого замыкания и токах перегрузки, в также для нечастых коммутаций этих це-
пей.
Автоматы выпускаются двух- и трехполюсные на номинальные токи до 600 А.
Основными узлами автоматов являються - контактная система, дугогасительное устройст
во, механизм свободного расцепления, максимальный и тепловой расцепители, корпус.
Контактная система каждого полюса автомата на токи до 200 А состоит из одной пары контактов 6, 7. Автоматы на большие токи имеют отдельно главные и дугогаситель-
ные контакты. Контакты автоматов выполняются из металлокерамики, нажатие их обеспе
чивается пружинами.
Дугогасительное устройство представляет собой съемную камеру 11 со стальной
деионной решеткой 12.
Механизм свободного расцепления 16 выполнен в виде системы рычагов с пружи-
ной. Он обеспечивает мгновенное замыкание и размыкание контактов, не зависящее от
скорости движения рукоятки 15, а также мгновенное размыкание контактов при срабатыва
нии расцепителя.
О коммутационном положении автомата можно судить по положению рукоятки 15: после включения и отключения автомата воздействием на рукоятку последняя занимает соответственно верхнее и нижнее положение, а после отключения расцепителем проме-
жуточное.
Рис. 4.25. Автоматический выключатель серии А3300:
1, 4 шины теплових элементов; 2 биметаллические пластины; 3 гибкий провод
ник; 5 контактодержатель; 6, 7 подвижный контакт; 7 неподвижный контакт; 8 мед-
ные шины; 9 пластмассовое основание; 10, 26 выводы; 11 дугогасительная камера;
12 - стальне пластины; 13 медное основание главных подвижных контактов; 14 крыш
ка; 15 рукоятка включения; 16 механизм свободного расцепления; 17 рычаг; 18 мак
симальный расцепитель; 19 собачка; 20 удерживающая рейка; 21 регулировочные
винты; 22 якорь расцепителя; 23 возвратная пружина; 24 токовая катушка; 25 сер-
дечник расцепителя
Комбинированный расцепитель состоит из двух элементов: электромагнитного 18 и теплового 2. Первый представляет собой электромагнитное реле и служит для отключения токов короткого замыкания с временем срабатывания выключателя t= 0,012…0,05 сек, а второй тепловое реле и служит для отключения токов перегрузки с обратно зави-
симой от токов выдержкой времени. Максимальные расцепители являются сменными и устанавливаются в каждый полюс выключателя.
При срабатывании электромагнитный и тепловой расцепитель поворачивает удер-
живающую рейку 20, которая освобождает рычаг 17 механизма свободного расцепления,
что приводит к отключению выключателя.
Токи уставки элементов расцепителя устанавливаются заводом и в процессе эксплу
атации не регулируются.
Электромагнитный элемент имеет уставку I= 5 I на постоянном токе и I=
= ( 7…14 ) Iна переменном, а тепловой I= ( 1,3…1,4 ) I, где I- номинальный ток расцепителя.
Корпус выключателя выполняется из пластмассы.
6.6. Выключатели приемников электроэнергии серии АК50
Выключателисерии АК50 рассчитаны на переменный ток частотой 50 Гц, напряже-
нием 400 В и постоянный ток напряженим до 320 В.
Выключатели серии АК50-400 рассчитаны на переменный ток частотой 400 Гц и на
пряжением 400 В.Эти выключатели можно применять в цепах переменного тока частотой
50 Гц.
Выключатели выпускаются двух- и трехполюсные на номинальные токи от 0,6 до 50 А с с такими максимальними расцепителями:
ту от токов к.з. и перегрузки ( т.е. с комбинированной защитой )
Кроме того, АВ типа АК50 могут выпускаться без расцепителей, в качестве неавто
матических выключателей.
Рассмотрим устройство комбинированного расцепителя ( рис. 4.26 ).
Рис. 4.26. Контактное устройство (а) и максимальный разделитель (б) автоматиче-
ского выключателя серии АК50
Максимальный расцепитель с гидрозамедлителем ( рис. 4.26, б ) состоит из немаг
нитной трубки 1, на которой находится катушка 5.
Катушка включена последовательно с контактами АВ, и через нее протекает комму
тируемый ток.
Трубка заполнена кремнийорганической жидкостью (масло с добавкой кремния).
В неподвижной втулке 2 закреплена пружина 8, соединенная с плунжером 3. Сер-
дечник 4 расцепителя закреплен в трубке неподвижно, а якорь 6 при достаточном усилии может быть притянутым к сердечнику 4, и тогда коромысло 7 будет воздействовать на ме-
ханизм отключения АВ.
При небольших токах перегрузки якорь 6 может притянуться к сердечнику 4 толь-
ко после того, как плунжер, растягивая пружину, подойдет к сердечнику и обеспечит необ
ходимую индукцию.
При больших токах перегрузки якорь 6 притягивается к сердечнику 4 еще до полно
го приближения плунжера 3, а при КЗ якорь притягивается к сердечнику без участия плун
жера 3.
При токе 1,35 I расцепитель срабатывает в течение 30 мин, при токе 6I- за 3…20 с, а при токе отсечки 10I - за 0,04с.
Расцепители без замедлителя, обычно настраиваемые на токи (5…10) I, срабаты
вают мгновенно.
Контактное устройство всех АВ типа АК50 рассчитано на токи 50 А, но в АВ могут устанавливаться расцепители на разные токи (от 0,6 до 50 А).
Автоматические выключатели типов АЗЗ0 и АК50 удобны в эксплуатации, их кон
такты не требуют зачистки.
После отключения АВ максимальным расцепителем рукоятку нужно перевести в крайнее нижнее положение (происходит зацепление механизма АВ) и затем переводом рукоятки вверх включить АВ.
Если АВ отключит работающий приемник, то разрешается его включить повторно. После второго отключения следует выяснить причину срабатывания защиты.
7. Предохранители
Основные сведения
Плавкие предохранители применяют для защиты электрических цепей и элементов электроустановок от токов короткого замыкания или токов перегрузок.
Плавким предохранителем называют электрический апарат, предназначенный для
размыкания электрической цепи путем расплавления металлической вставки.
Плавкая вставка включается последовательно в контролируемую цепь и при дости-
жении током определенного значения плавкая вставка плавится и разрывает цепь.
Наиболее распостраненные материалы для плавких вставок - цинка и ( реже ) сереб
ро.
В большинстве случаев предохранители применяют для защиты от токов короткого
замыкания неответственных цепей. К таким цепям относятся сети освещения, нагреватель
ные и осветительные приборы, а также, в соответствии с Правилами Регистра, электродви
гатели мощностью менее 0,5 кВт.
Предохранители крайне нежелательно применять для защиты от токов короткого
замыкания 3-фазных асинхронных двигателей. Это объясняется тем, что при коротком замыкании в обмотке статора может сгореть только один предохранитель, а двигатель продолжит работу на двух фазах.
При этом скорость двигателя уменьшится, а ток обмотки статора увеличится, двига
тель может сгореть.
Любой предохранитель состоит из корпуса и патрона. Внутри патрона находится плавкая вставка.
При этом в один и тот же корпус можно поместить от 3 до 6 патронов на разные то-
ки.
На судах применяются предохранители типов ПР, ПДС ( ПД ), ПН и ПК.
Трубчатые предохранители типа ПР-2 ( рис. 4.27 ) выпускаются на номинальные
токи от 15 до 1000 А двух габаритов: с коротким патроном для напряжений до 220 В по
стоянного тока и с длинным патроном для напряжений до 500 В. При переменном токе 380 В могут применяться предохранители обоих габаритов.
В этом случае первые будут обеспечивать пониженню, а вторые повышенную раз
рывную способность.
Рис. 4.27. Трубчатые предохранители типа ПР-2:
а патрон на номинальные токи 15...60 А: 1 фибровая трубка; 2 плавкая вставка; 3 латунная втулка; 4 латунный колпачок
б патрон на номинальные токи 100...160 А: 1 фибровая трубка; 2 плавкая вставка; 3 латунная втулка; 4 латунный колпачок; 5 подкладная шайба; 6 медные ножи
в формы плавких вставок
Патроны предохранителей изготовляются из фибровой трубки 1, к концам которой крепятся латунные втулки наконечники 3. На наконечники на резьбе навинчиваются латунные колпачки 4.
В предохранителях до 60 А ( рис. 4.27, а ) колпачки служат цилиндрическими кон-
тактами и одновременно обеспечивают зажатие отогнутых концов плавкой вставки 2.
Предохранители на токи более 60 А ( рис. 4.27, б ) имеют медные контактные ножи 6. К ним с помощью болта и гайки крепятся концы плавкой вставки. Чтобы исключить проворачивание ножей, предусмотрена подкладная шайба 5 с пазами.
Плавкая вставка вставка представляет собой цинковую пластинку, суженную в од-
ном или нескольких местах ( рис. 4.27, в ). Такая конструкція обеспечивает перегорание вставки при коротких замыканиях в суженных местах, т.е. деление дуги на части, что спо-
собствует гашению дуги. Кроме того, электрическая дуга нагревает фибру, вызывая ин-
тенсивное выделение газов из ее поверхности. Давление внутри патрона повышается, и дуга быстро гаснет.
Пробочные предохранители типа ПДС на токи от 6 до 350 А и ПД на ток 600 А при
меняют в цепах постоянного тока напряженим до 350 В и переменного тока частотой 50 Гц до 380 В.
Предохранители типа ПДС имеют корпуса из стеатита ( стеатит спрессованный тальк ), типа ПД из фарфора.
Рис. 4.28. Предохранители типа ПД и ПДС:
ные колпачки; 5 патрон; 6 пружинное кольцо; 7 плавкая вставка; 8 засыпка;
9 контактная гильза, 11 контактная шайба; 12 гетинаксовая шайба; 13 основание;
14 внешний контакт
Предохранитель состоит из контактной гильзы 9 с фарфоровым или стеатитовым основаним 13 и патрона 5 с плавкой вставкой. Патрон закрепляется головкой 2, навинива-
емой на контактную гильзу 9. Контактная гильза изолируется от токоведущей шины гетинаксовой шайбой 12. Наружное кольцо 6 предотвращает самоотвинчивание головки.
Патрон с плавкой вставкой представляет собой полый фарфоровый цилиндр, на торцах котрого укреплены контактные колпачки 4, 10. Между колпачками расположена плавкая вставка из одной или нескольких проволочек и контрольная константановая проволочка, связанная с контрольным алюминиевым глазком 3.
Полость цилиндра заполнена кварцевым песком с добавленим мраморной крошки, мела и талька. При коротких замыканиях в цепи контрольная проволочка перегорает с плавкой встакой и контрлльный глазок выбрасывается расположенной под ним пружиной.
Исправность плавкой встаки контролируется по положению глазка через застеклен-
ное отверстие 1.
Электрическая дуга, содержащая пары метала, под действием повышенного давле-
ния перемещается в засыпку 8, дробится, охлаждается и гаснет. Давление повышается за
сет выделения из засыпки при высокой температуре водяных паров и углекислого газа.
Рис. 4.29. Предохранитель типа ПК
Трубчатые предохранители типа ПК рассчитаны на переменный и постоянный ток
напряженим до 250 В ( длина предохранителей = 30 мм ) и до 600 В ( = 45 мм ).
Устройство предохранителя приведено на рис. 3.
8. Реле защиты
8.1. Основные сведения
Автоматические выключатели генераторов и приемников электроэнергии обеспечи
вают максимальную ( от токов к.з. ), тепловую ( от токов перегрузки ) и минимальную ( по
снижению напряжения ) защиты при помощи отдельных узлов, являющихся частью АВ.
На долю отдельно устанавливаемых в ГРЩ или ПУ реле остаются функции защиты генераторов от перехода в двигательный режим, что возможно при параллельной работе, а также функции ступенчатой защиты от перегрузок способом отключения менее ответст
венных приемников ( защита Мейера ). Иногда устанавливают дополнительные защиты, например, отключающие защиты при понижении напряжения или обрыве одной фазы при питании судна с берега.
Реле защиты могут быть электромагнитной, индукционной и других систем, а так
же электронными.
В последнем случае реле защиты часто изготовляют в виде отдельных защитных блоков, выполняющих несколько защитных функций, или защитные электронные устрой-
ства входят в общий комплекс автоматизации СЭС, например устройство токовой защиты УТЗ, устройство включения резерва УВР, защиты от обрыва фазы и пониженного напряже
ния ЗОФН в системе управления СЭЭС "Ижора".
Рассмотрим некоторые из типов реле защиты.
8.2. Реле тока
Основные сведения
Реле тока представляют собой разновидность защитных реле. Они делятся на
3 вида:
Реле минимального тока применяются в электроприводах постоянного тока для
отключения электродвигателя в случае обрыва поля ( обрыва цепи параллельной обмотки возбуждения ), при котором ток обмотки якоря увеличивается в десятки раз по сравнению
с номинальным. В данном пособии они не рассматриваются.
Электромагнитное реле максимального тока изображено на рис. 4.30.
Рис. 4.30. Устройство электромагнитного реле тока:
1 катушка; 2 сердечник катушки; 3 якорь; 4 регулировочный винт; 5 регулировочная гайка; 6, 7, 10 и 11 контакты; 8 амортизирующие пружины контактов; 9 изолирующие колодки; 12 отключающая пружина
Катушка 1 из толстого провода надета на сердечник 2, закрепленный на Г- образ-
ной скобе. К верхней части скобы на призме прикреплен якорь 3 в виде изогнутой прямо-
угольной пластины. На правой части пластины расположены изолирующие колодки 9 с
амортизирующими пружинами 8 и подвижными контактами 7 и 10.
Исходное положение якоря фиксируется регулировочным винтом 4 и отключаю-
щей пружиной 12. Степень растяжения пружины 12 можно изменять при помощи регули-
ровочной гайки 5. Например, при вращении гайки по часовой стрелке пружина 12 растя-
гивается, т.е. усилие в ней, отрывающее якорь от сердечника, увеличивается.
В исходном положении подвижный контакт 10 соединяет между собой неподвиж-
ные контакты 11. В то же время подвижный контакт 7 и неподвижные 6 разомкнуты.
Если ток в катушке увеличивается, якорь 3, преодолевая противодействие пружины 12, притягивается к сердечнику 2. Правая часть якоря с контактами 7 и 10 приподымается,
при этом контакт 7 соединяет через себя контакты 6, а контакт 10, наоборот, размыкает цеь тока через контакты 11.
У реле на постоянном токе все участки магнитной цепи якорь, сердечник и др., выполняется из литой электротехнической стали, на переменном токе из отдельных ли-
стов стали толщиной 0,35…0,5 мм ( для уменьшения потерь на вихревые токи ). Кроме того, в верхнюю часть сердечника реле переменного тока впрессовывают короткозамкну
тый виток. Устройство остальных деталей не зависит от рода тока.
Промышленность выпускает несколько серий токовых реле. Эти серии отличаются
номинальным током катушки, количеством и сочетанием замыкающих и размыкающих контактов и пределами регулирования тока срабатывания. К основным сериям относятся такие : РМ, РЭМ20, РЭМ65 и РЭМ650.
8.3. Реле обратного тока
Реле обратного тока применяются в судовых электростанциях постоянного тока для отключения генератора при его переходе в двигательный режим.
Реле обратного тока не является токовым реле в прямом понимании, потому что
оно имеет две катушки: токовую и напряжения ( рис.4.31 ).
Рис. 4.31. Реле обратного тока типа ДТ: 1 противодействующая пружина; 2 кон-
тактный рычаг; 3 неподвижный контакт; 4 токовая катушка; 5 катушка напряжения; 6 сердечник; 7 полюса; 8 - якорь
Токовая катушка 4 включается в контролируемую цепь ( обмотки якоря генератора ) последовательно и имеет несколько витков ( десятков витков ) толстого провода. Эта ка-
тушка располагается на сердечнике реле 6.
Катушка напряжения 8 включается в контролируемую цепь параллельно и имеет не
сколько сотен ( тысяч ) витков тонкого провода. Эта катушка располагается на поворот-
ном цилиндрическом якоре 7, имеющем возвратную пружину 1. Якорь связан с контакт
ным рычагом 2, на конце которого находится подвижный контакт.
Магнитные потоки обеих катушек создают вращающий электромагнитный момент, стремящийся повернуть якорь реле в определенном направлении.
В генераторном режиме этот момент направлен против часовой стрелки, поэтому пружина 1 сжата, а контакты 2 и 3 разомкнуты.
При переходе генератора в двигательный режим направление тока в его обмотке якоря, а значит, токовой катушке реле, изменяется на противоположное. В результате якорь, преодолевая противодействие пружины, поворачивается по часовой стрелке.
Контакты 2 и 3 замыкаются, подавая питание на катушку расцепителя генераторно-
го автомата. Генератор отключается о шин ГРЩ.
В соответствии с Правилами Регистра, уставка реле обратного тока должна состав-
лять от 2 до 15% номинального тока генератора, вне зависимости от типа приводного дви
гателя ( т.е. одинакова для дизель-генераторов и турбогенераторов ).
Уставку реле ( ток срабатывания ) регулируют при помощи пружины 1 чем силь-
ней растянута пружина, тем уставка реле больше, и наоборот. Значение обратного тока определяют по щитовому амперметру в момент отключения генератора. Этот амперметр
имеет несколько делений ниже отметки «0» на шкале.
Промышленность выпускает реле обратного тока серии ДТ-110.
Технические данные реле приведены в таблице.
Технические данные реле серии ДТ-110
Тип реле |
Контакты |
Номинальный ток, А |
ДТ-111 |
1 з.к. |
6, 12, 25 |
ДТ-115 |
1 з.к. |
50, 100, 150, 200, 300 |
ДТ-112 |
1 з.к. |
400, 600, 800 |
ДТ-116 |
1 з.к. |
400, 600, 800 |
ДТ-113 |
1 з.к. |
1600 |
ДТ-117 |
1 р.к. |
1600 |
Примечание
с напряжением 110 и 220 В последовательно с катушкой включается добавочный резистор
токовой катушки ( на рис. 3 катушка имеет номер 4 ), в качестве последней используется
непосредственно шина.
8.4. Реле обратной мощности типа ИМ-149
Принцип действия реле обратной мощности такой же, как у бытового счетчика электроэнергии.
Основной частью реле является индукционный механизм, состоящий алюминиево
го диск 9 и катушки 1 напряжения и катушки 2 тока. Катушка 1 включается на линейное напряжение и выполнена из тонкого провода с большим числом витков, а катушка 2 вклю
чена последовательно в цепь с током нагрузки и состоит из нескольких витков толстого провода, способного выдержать ток нагрузки.
При включении реле магнитные потоки катушек 1 и 2 пересекают диск и индукти-
руют в нем вихревые токи.
Взаимодействие этих токов и магнитных потоков катушек 1 и 2 вызывает появле-
ние электромагнитного момента М = kIUcosφ, пропорционального активной мощности генератора Р = IUcosφ.
Рис. 4.32. Индукционное реле обратной мощности (а, б)
В генераторном режиме диск реле повернут влево до упора. Через шестерню 8 ше
стерня 4 повернута вправо и подвижный контакт 7, установленный на ней, максимально удален от контактов 5.
При переходе СГ в двигательный режим векторы тока и магнитного потока электро
магнита 2 изменят направление на 180°, поэтому момент вращения диска изменяет свое направление.
Подвижная часть реле поворачивается в другую сторону до замыкания контактов 5, через которые поступает питание на отключающий расцепитель АВ генератора.
Вместе с генератором отключается и реле, механизм которого под действием спи-
ральной пружины 6 возвращается в исходное положение.
Для регулировки выдержки времени срабатывания реле изменяют положение под-
вижного контакта 7 на шестерне 4 относительно контактов 5, ориентируясь по шкале 3. Минимальному расстоянию между контактами 7 и 5 соответствует выдержка времени 2 с срабатывания реле, наибольшему расстоянию - 12 с.
Поля постоянных магнитов 10 во время движения диска создают противодействую
щий момент подвижной части прибора.
Для регулировки значения обратной мощности токовую обмотку 2 переключают на разное число витков, тем самым обеспечивая три значения уставки срабатывания реле, а
именно: 6,4; 9,6 или 12 % номинальной активной мощности.
Реле ИМ-149 включаются через трансформаторы тока ТА (рис. 4.32, б). Номиналь-
ный ток вторичных обмоток (обмоток 2 реле) составляет 5А. Подбирая ТА по значениям тока первичной обмотки, реле можно использовать для генераторов разных мощностей.
8.5. Реле перегрузки типа ИМ-145
Конструктивно оно не отличается от реле ИМ-149. Движение диска у этих реле на
чинается тогда, когда ток генератора увеличится до значения тока уставки срабатывания.
В отличие от реле обратной мощности контакты этих реле замыкают цепи АВ ме-
нее ответственных приемников.
8.6. Бесконтактное реле обратного активного тока типа РОТ-51/401
Реле этого типа изображено на рис. 4.33.
Оно предназначено для защиты ГА переменного тока от перехода в двигательный режим при параллельной работе. Реле имеет 3 уставки по обратному току: 5, 10 и 15 % номинального активного тока контролируемой сети. Уставки изменяют переключением выводов 3- 6 на трансформаторе тока ТА.
Рис. 4.33 Реле обратного тока типа РОТ-51/401:
а принципиальная схема; б векторная диаграмма напряжений и токов
Реле (рис. 4.33, а) состоит из измерительной части, собранной на кольцевом модуля
торе ( на диодах VD1-VD4) и согласующих трансформаторах тока ( ТА) и напряжения (ТV), реле времени (R10, С6-С9), исполнительной части (VТ2-VТ4) и устройства "отсечки" (VТ1).
Рис. 4.34. Принципиальная схема кольцевого модулятора реле РОТ-51/401
Кольцевой модулятор с трансформаторами тока ТА и напряжения ТV представляет собой фазочувствительный выпрямитель ФЧВ.
Выпрямленное выходное напряжение ФЧВ прямо пропорционально току нагрузки генератора ( току вторичной обмотки трансформатора тока ТА ), а полярность напряжения изменяется на обратную при переходе генератора в двигательный режим ( когда изменяет
ся на 180º фаза тока во втоичной обмотке трансформатора тока ТА ).
Трансформатор тока ТА включен в фазу С, а трансформатор напряжения TV- на линейное напряжение U(рис. 4.33, б). При помощи конденсатора С2 вектор напряже-
ния трансформатора ТV cдвигут на 30° относительно вектора U.
Таким образом, вектор опорного напряжения, создаваемого трансформатором ТV, совпадает с вектором активного тока фазы С. Так как U>> U , измерительная часть схемы будет реагировать на активный ток.
При работе контролируемого источника электроэнергии в генераторном режиме на рис. 4.34 мгновенные полярности ЭДС eи e в первый полупериод обозначены в кру-
жочках Так как e > e, то направление токов через резисторы R6 , R7 и кольцевой моду
лятор будет определяться мгновенной полярностью e.
Ток iпротекает по цепи: точка 7 - R8-R6 - точка а - R4 - VD2 - точки 9 и 10 - С2 - точка 8.
Этот ток пропорционален сумме ЭДС ( e + e), так как эти ЭДС действуют согла
сно.
В это же время ток iпротекает по цепи: точка 7 - R8 - R7 RЗ - VDЗ - точки 11 и 10 - С2- точка 8. Ток i пропорционален разности ЭДС ( e - e), так как эти ЭДС дейст
вуют встечно.
Следовательно, i > i, и падение напряжения Uна резисторе R6 больше, чем напряжение U на резисторе R7. Мгновенная полярность напряжения в точках а, в бу-
дет определяться мгновенной полярностью падения напряжения на R6, а именно: «минус»
в точке «а» и «плюс» в точке «в».
Во второй полупериод мгновенные полярности ЭДС на рис. 4.34 обозначены в квад
ратиках. Токи через R6 и R7 будут течь в противоположном направлении, причем i > i.
Мгновенная полярность в точках «а» и «в» определится мгновенной полярностью падения напряжения на резисторе К7, через который течет ток i. В точке «а», как и в пер
вый полупериод, «минус», а в точке «в» - «плюс».
В этом режиме работы генератора под действием напряжения постоянного тока в точках «а» и «в» измерительной части схемы ток течет через диод VD9, а конденсаторы С'З, С4 не заряжены.
При переходе генератора в двигательный режим вектор тока поворачивается отно
сительно вектора напряжения на 180°, поэтому мгновенные полярности е изменятся относительно мгновенных полярностей е на противоположные.
Полярность напряжения в точках «а» и «в» тоже изменится на противоположную
(в точке «а» будет «плюс», в точке «в» - «минус»). Теперь конденсаторы СЗ, С4 зарядятся с указанной на схеме полярностью.
Напряжение U через диод VD10 (см. рис. 4.33) подается на R10 и один из вклю
ченных конденсаторов С6-С9.
Время заряда конденсатора до напряжения срабатывания исполнительной части схемы находится в обратной зависимости от напряжения U, а следовательно, от обратного активного тока. Переключением конденсаторов С6-С9 изменяют выдержку времени срабатывания реле в пределах 1-5 с.
Напряжение на выходе реле времени сравнивается с падением напряжения на рези
сторе R12. При равенстве этих напряжений прекращается протекание тока управления транзистором VT2, в результате он закрывается, а составной транзистор VТЗ, VТ4 открыва
ется.
Заряжается конденсатор С11 и открывается тиристор V5, через который замыкается ток отключения АВ генератора.
Устройство "отсечки" служит для формирования выходного сигнала реле с мини
мальной выдержкой времени при обратном токе генератора большем, чем ток уставки. В таком режиме работы г.енератора напряжение выпрямителя UZ1 становится больше напря
жения стабилизации стабилитрона VD7 и начинает течь ток управления транзистором VТ1.
Под действием напряжения Uток потечет по цепи: VТ1-VD8-R11-R14-R17-VD13. Падение напряжения на R14 оказывается достаточным для закрытия VТ2, в результате ре-
ле срабатывает за 50-80мс.
Когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока ТА достигнет значе-
ния, равного напряжению пробоя диодов VD5 и VD6, они пробиваются.
Вторичная обмотка трансформатора ТА теперь замкнута через стабилитроны, и про
текающий по этой цепи ток оказывает размагничивающее действие на сердечник транс-
форматора, вследствие чего трансформатор продолжает работать на линейном участке ха-
рактеристики намагничивания.
9. Требования Правил Регистра к уставкам реле защиты от обратного тока или обратной мощности
Значения уставок реле защиты от обратного тока или обратной мощности приведе
ны в таблице 8.2.1. Правил Регистра.
Табдица 8.2.1. Пределы уставок защиты от обратного тока или обратной мощности ( в % от номинальной мощности генератора ) в зависимости от привода генератора
Род тока |
Пределы уставок защиты от обратного тока или обратной мощности ( в % от номинальной мощности генератора ) |
|
Турбина |
Двигатель внутреннего сгорания |
|
Переменный |
2…6 |
8…15 |
Постоянный |
2…15 |
2…15 |
Поскольку на большинстве судов применяется переменный ток, а в качестве при
водных двигателей генераторов используются двигатели внутреннего сгорания, полезно
запомнить пределы уставок от обратной мощности, а именно: 8…15% номинальной мощности генератора.
Проверку и регулировку срабатывания реле (устройств) защиты ГА от обратной мощности рекомендуется выполнять в следующем порядке:
.1. один из ГА, предназначенных для параллельной работы, нагрузить на 40-60% от
номинальной мощности, затем включить на параллельную работу второй ГА, защита кото
рого регулируется;
.2. воздействуя на регуляторы частоты вращения первичных двигателей, постепен-
но перевести второй ГА в двигательный режим, наблюдая за величиной повышения мощ
ности работавшего на нее ГА и следя за величиной, при которой реле (устройство) защиты от обратной мощности сработает;
.3. отрегулировать при необходимости уставку срабатывания, которая должна нахо
диться в пределах 2-6% номинальной мощности у турбогенераторов и 8-15% номинальной мощности у дизель-генераторов.
Время срабатывания реле, зависящее от величины обратной мощности, регулирует
ся по шкале замедлителя. Если время срабатывания устройств защиты не зависит от величины обратной мощности, то устройства регулируют на срабатывание без выдержки времени, после чего по шкале времени устанавливается необходимая выдержка.
Проверку срабатывания реле защиты ГА от обратного тока и регулировку этих
реле следует производить аналогично. При достижении величины обратного тока, равной 2-15% номинального тока генераторов, реле должны сработать.
Пример.
При переводе синхронного генератора номинальной мощностью Р= 400 кВт в двигательный режим реле обратной мощности сработало при значении Р= 45 кВт.
Рассчитать уставку реле и сравнить ее с уставкой, допускаемой Правилами Регистра.
Решение
1. уставка реле равна
*100% = *100% = 11,25%.
В данном примере уставка реле находится в диапазоне 8,,,15%, допускаемого Пра-
вилами Регистром.
10. Техническая эксплуатация распределительных устройств и аппаратов
10.1. Техническое обслуживание распределительных устройств
При эксплуатации распределительных устройств (РУ) и пультов управления (ПУ)
выполняются:
.1. включение и выключение генераторов и потребителей электроэнергии;
.2. поддержание номинальных значений напряжения и частоты тока работающих
генераторов (при отсутствии автоматических регуляторов напряжения и частоты);
.3. перевод нагрузки с одного из параллельно работающих генераторов на другие и
обеспечение экономичной работы электроэнергетической системы;
.4. перевод нагрузки с судовых генераторов на электроснабжение от берего вой сети и обратно в соответствии с РД 31.21.81-79 «Инструкция по электроснабжению судов от береговых сетей» (с перерывом или без перерыва электроснабжения в зависимости от принятой на судне схемы);
.5. наблюдение за показаниями измерительных приборов, контролирующих пара-
метры генераторов, береговой сети и потребителей (напряжение, частоту, ток, мощность, сопротивление изоляции и др.);
.6. контроль за работой средств коммутации, защиты, сигнализации и блокировки;
.7. контроль нагрева шин и токоведущих частей аппаратов и приборов;
.8. контроль вибрации и шума аппаратов и приборов:
.9. поддержание в чистоте РУ и ПУ.
При подготовке РУ к действию после продолжительного нерабочего периода необ
ходимо:
.1. произвести внешний осмотр и убедиться в отсутствии на токоведущих частях
посторонних предметов, влаги и пыли;
.2. проверить состояние контактных соединений и крепежа;
.3. убедиться, что все АВ и другие коммутационные аппараты отключены;
.4. проверить правильность действия всех аппаратов путем включения их без тока;
.5. проверить наличие в предохранителях штатных плавких вставок (элементов);
.6. убедиться в чистоте и целости диэлектрических ковриков у РУ и ПУ.
Потребители электроэнергии, которые могут получать питание как непосред
ственно от ГРЩ, так и через аварийный распределительный щит (АРЩ), должны, как пра
вило, получать питание через АРЩ, во всех условиях эксплуатации.
При плавании в сложных условиях не рекомендуется без крайней необходимости выполнять какие-либо переключения и проверки на ГРЩ, АРЩ и ПУ.
Двери ГРЩ, и распределительных щитов (РЩ) должны быть заперты. Ключи от
ГРЩ, и АРЩ должны находиться у старшего электромеханика, а также непосредственно у ГРЩ (или в ЦПУ, если там размещен ГРЩ) и АРЩ.
Включение и отключение АВ с ручным приводом должны производиться непрерыв
ным движением их рукояток до крайних положений (упоров). Не допускается оставлять рукоятей АВ в промежуточном положении.
Включение АВ после их автоматического отключения (срабатывания) производит-
ся переводом рукояток в положение «Отключено», а затем - в положение «Включено».
Примечание. В АВ с электродвигательным приводом пружинного механизма реко
мендуется убедиться по указателю электродвигателя конечным выключателем.
Положение контактов АВ определяется только по специальным устройствам или
сигнальным лампами
При ложном срабатывании АВ необходимо их снова включить. При повторном срабатывании включение АВ разрешается только после устранения причины, вызвавшей срабатывание.
При срабатывании АВ из-за перегрузки или короткого замыкания в защищаемой цепи до повторного включения следует устранить причину срабатывания, осмотреть АВ и устранить при необходимости последствия срабатывания. Если требуется немедленное повторное включение АВ, их осмотр должен быть произведен при первой возможности.
Заклинивание, а также работа АВ со снятыми дугогасительными камерами запреща
ется.
Временное выведение из действия или блокировка расцепителей АВ допускается при необходимости только для предотвращения аварийной ситуации.
Для каждого предохранителя в РУ и ПУ должны быть указаны его назначение и величина тока плавкой вставки (элемента)
Необходимо использовать только штатные плавкие вставки (элементы). Резервные
плавкие вставки (элементы) и клещи для извлечения предохранителей должны находиться в РУ и ПУ.
Пробочные предохранители должны быть всегда плотно ввернуты. Запрещается подкладывать под плавкие вставки (элементы) какие-либо металлические прокладки или проволоку.
В случае срабатывания (расплавления) плавкой вставки (элемента) ее следует заменить; при повторном срабатывании замена разрешается только после устранения причи-
ны, вызвавшей срабатывание.
Правильность положения стрелок измерительных приборов относительно шкал
следует проверять не реже одного раза в месяц. Стрелки отключенных амперметров, вольтметров и ватт метров должны показывать «0»; щитового мегомметра - ∞; стрелки частотомеров и фазометров могут находиться в любом положении.
Продолжительность включения стрелочных синхроскопов, щитовых мегаомметров и вольтметров для измерения сопротивления изоляции сетей определяется схемами конкретных приборов и инструкциями по их эксплуатации.
Подготовка к работе ГРЩ включает в себя следующие операции:
1. Произвести проверку состояния ГРЩ, обеспечив соблюдение следующих усло-
вий:
- отсутствие в ГРЩ посторонних предметов; инструмента, крепежа и т.д.;
- чистота, отсутствие влаги на аппаратах, узлах, деталях ГРЩ и их надежное креп
ление; контактные соединения шин надежно затянуты, не наблюдается никакого ослабле
ния крепежа отдельных частей ГРЩ.
2. Произвести проверку сопротивления изоляции в следующем порядке:
.1. включить все коммутационные аппараты главной цепи и подключений к элект
роэнергетической системе (ЭЭС);
.2. отключить установленный на щите мегомметр;
.3. измерение сопротивления изоляции производить мегомметром М 110/М по
ГОСТ 23706-79. Если сопротивление изоляции ГРЩ совместно с ЭЭС окажется ниже установленной нормы (0,5 МОм), следует произвести измерение сопротивления изоляции ГРЩ отдельно от внешней схемы.
Если при этом сопротивление изоляции ГРЩ окажется ниже 1 МОм, то щит надо
сушить. Сушка производится нагретым до 80-85°С воздухом, который вводится в ГРЩ снизу.
Если сушкой не удается увеличить сопротивление изоляции ГРЩ, то необходимо проверить изоляцию каждого отдельного участка цепи, а затем и каждого аппарата. После обнаружения детали или участка с низкой изоляцией, необходимо устранить причину или заменить деталь новой.
установить в нулевое или отключенное положение.
Технический осмотр без разборки ( ТО №1 ) рекомендуется проводить не реже 1 раза в 6 мес. При этом удаляют загрязнения со щита и его аппаратуры, затягивают контак
ты, проверяют работу аппаратуры ручного управления.
Технический осмотр с частичной разборкой ( ТО №2 ) проводят не реже 1 раза в год, дополнительно зачищают контакты, заменяют изношенные детали, доводят до нормы сопротивление изоляции, регулируют аппараты. Затем ГЭРЩ проверяют в действии под нагрузкой.
При выполнении ТО №№1, 2 с ГЭРЩ полностью снимают напряжение, шины зако
рачивают перемычками и заземляют. Если это невозможно, то ГРЩ обесточивают по ча-
стям.
10.2. Техническое обслуживание автоматических выключателей
При эксплуатации автоматических выключателей необходимо:
. 1. проверить и затянуть при необходимости контактные и крепежные соединения;
.2. проверить исправность пружин и заменить изношенные пружины;
.3. проверить наличие смазки в редукторе электродвигательного привода, подшип-
никах и шарнирных соединениях, при необходимости смазать трущиеся части рекомендо-
ванной смазкой;
.4. удалить с поверхностей контактов копоть и наплавления;
.5. проверить одновременность замыкания и отсутствие перекоса контактов; вели-
чины контактного нажатия главных и дугогасительных контактов, зазоров и провалов контактов в соответствии с указаниями инструкций по эксплуатации;
.6. осмотреть и очистить дугогасительные камеры;
.7. убедиться в исправной работе и свободном движении подвижных частей АВ при
ручном включении и отключении;
.8. проверить срабатывание АВ при воздействии на механизм расцепления отклю
чающих разделителей;
.9. проверить работу механических указателей АВ (коммутационного положения, состояния пружинного механизма, срабатывания расцепителей и др.);
.10. проверить состояние контактов, исправность работы устройств безопасности и механических фиксаторов положений АВ втычного исполнения.
Наплавления, образующиеся на рабочих поверхностях контактов, следует зачищать
бархатным напильником, не нарушая формы контактов. Применение наждачного полотна (бумаги) и полировка контактов не допускаются.
Нагар и копоть, образующиеся на контактах с серебряными накладками, удаляются
ветошью, смоченной рекомендованным моющим средством.
Потемнение серебряных накладок не является признаком их неисправности. При
сильном обгорании или износе рабочих поверхностей накладки или контакты следует заменить.
При включении АВ первыми должны замыкаться дугогасительные контакты, затем предварительные (при наличии) и последними главные контакты. При отключении АВ размыкание контактов должно происходить в обратной последовательности.
В АВ, где дугогасительные контакты замыкаются только в процессе включения и отключения, расстояние до дугогасительных контактов (зазор) должно быть равно 1-1,2 мм.
Величина контактного нажатия измеряется динамометром; отсчет производится в момент выпадания бумажной полоски, помещенной между контактами.
При осмотре дугогасительных камер АВ следует удалить пыль и частицы металла
и убедиться, что пластины деионных решеток не деформированы, а внутренние поверх-
ности камер не обгорели. Если стенки камер имеют значительный по площади и глубине обгар, а металлические пластины большое оплавление, камеры следует заменить.
Проверку срабатывания АВ от воздействия отключающих расцепителей, а также
действия механических замедлителей срабатывания допускается выполнять путем ручно-
го воздействия на якоря расцепителей при включенных АВ.
Действие дистанционного и минимального расцепителей рекомендуется проверять
включением и выключением цепей их питания; одновременно проверяется невозможность включения АВ, если якоря минимальных расцепителей не притянуты.
Особое внимание при ТО АВ втычного исполнения следует обращать на обеспече-
ние необходимого нажатия контактов и отсутствие их перегрева; о недопустимом перегре-
ве может свидетельствовать потемнение контактов.
Для предотвращения возможного недопустимого перегрева контактов постоянно включенных АВ вследствие ухудшения состояния контактных поверхностей и увеличения переходного сопротивления, необходимо не реже одного раза в 3 мес. несколько раз включить и выключить АВ в обесточенном состоянии.
Если причиной ложных срабатываний АВ при пусках электродвигателей или при
длительном протекании токов, не превышающих номинальных токов расцепителей АВ, являются заниженные уставки срабатывания тепловых таковых расцепителей или длитель
ное повышение температуры воздуха, окружающего АВ, допускается увеличение уставок срабатывания расцепителей при наличии средств регулирования с градуированной шка-
лой или указателей «больше» - «меньше».
При отсутствии таких средств или указателей либо неэффективности регулирова-
ния уставок рекомендуется заменить АВ аналогичными резервными с ближайшими боль-
шими номинальными токами расцепителей.
При ТО АВ генераторов и ответственных потребителей рекомендуется проверить и при необходимости отрегулировать уставки и время срабатывания расцепителей перегруз
ки, минимального напряжения и средств защиты ГА от обратной мощности (тока), в том числе отдельные комбинированные защитные устройства защиты ГА.
Примечания:
1. Указанные проверки и регулировки должны выполняться не реже одного раза в 4
года, как правило, специализированной береговой организацией.
2. Проверки и регулировки средств защиты ГА от обратной мощности (тока) долж
ны выполняться не реже одного раза в год старшим электромехаником совместно с меха-
ником по заведованию.
Проверка расцепителей перегрузки может быть выполнена посредством:
.1. непосредственной нагрузки ГА судовыми потребителями или специальными нагрузочными устройствами;
.2. специальных приборов или стендов проверки защит;
.3. изменения тока во вторичных обмотках трансформаторов тока (питающих рас-
цепители или защитное устройство) от постороннего источника и других косвенных методов.
Проверка минимальных расцепителей напряжения может быть выполнена с помо-
щью автотрансформаторов.
Проверка и регулировка комбинированных устройств защиты генераторов должны
выполняться в соответствии с инструкциями по эксплуатации.
Проверка и регулировка полупроводниковых расцепителей АВ должны выполнять-
ся с помощью специальных технических средств.
10.3. Техническое обслуживание выключателей и предохранителей
При эксплуатации пакетных выключателей (переключателей) необходимо обеспе-
чить:
.1. отсутствие заеданий валиков и их четкую фиксацию в каждом положении;
.2. надежность контактных соединений.
При эксплуатации выключателей (переключателей) рубящего действия необходи-
мо обеспечить:
.1. плотность зажатия в клеммах шин и проводов для предотвращения перегрева
контактных соединений;
.2. надежность заземления нетоковедущих частей аппаратов, монтируемых на лице
вой стороне щита.
Ножи и губки выключателей (переключателей) рубящего действия при наличии на
них оплавлений и борозд следует зачистить бархатным напильником, после чего все контактные поверхности протереть сухой ветошью.
При обслуживании трубчатых предохранителей следует обеспечить надежность контактов между плавкими вставками (элементами) и их держателями. Признаками плохо
го контакта могут быть потемнение контактных поверхностей и обугливание корпусов.
Запрещается заменять плавкие вставки (элементы) под напряжением. Если трубча-
тые предохранители не могут быть отключены выключателями, их следует снимать и уста
навливать только при помощи специальных клещей или ручек.
Контрольные вопросы
а ) распределительной; б ) генераторной; в ) контроля параметров?
лей и переключателей?
7. Для чего предназначены переключатели сенрии УП?
8. Каковы эксплуатационные свойства пакетных выключателей и переключателей?
9. В чем отличие УП без разрыва тока от УП обычного исполнения? Где применя-
ются УП без разрыва тока?
10. Каково назначение АВ? По каким признакам они классифицируются?
11. В чем отличие селективных АВ от неселективных? Где применяются селектив-
ные АВ? Неселективные АВ?
12. Из каких основных элементов состоит АВ? Каково их назначение?
13. Для чего предназначен, как устроен и действует механизм свободного расцепле
ния АВ?
14. Перечислите виды расцепителей АВ
15. Как устроен и действует электромагнитный расцепитель АВ?
16. Как устроен и действует комбинированный расцепитель АВ?
17. Как устроен и действует минимальный расцепитель АВ?
18. Как устроен и действует независимый расцепитель АВ?
19. Нарисуйте и объясните защитные характеристики АВ с электромагнитным, теп-
ловым и комбинированным расцепителями
20. Объясните устройство и принцип действия АВ типа АМ. Как регулируется уставка по току короткого замыкания?
21. Объясните время-токовую характеристику защит АВ типа АМ
22. В чем отличие АВ генераторов от АВ приемников ЭЭ? Что такое селективная приствка генераторных АВ?
23. Какие виды защит обеспечивает АВ типа АК3290 М4?
24. Объясните устройство и принцип действия АВ типа А3300. Как регулируется уставка по току короткого замыкания?
25. Объясните устройство и принцип действия АВ типа АК50. Как регулируется уставка по току короткого замыкания? Как устроен и работает электрогидравлический замедлитель?
26. Объясните назначение, устройство и принцип действия предохранителей типов ПР-2, ПД, ПДС и ПК
27. Объясните назначение, устройство и принцип действия реле максимального, минимального и обратного тока
28. Как устроено и действует реле обратной мощности типа РОМ? Как регулирует-
ся уставка по обратной мощности?
29. Объясните работу схемы реле обратного тока типа РОТ-51/401
30. В чем состоит ТО РУ?
31. В чем состоит ТО АВ?
32. В чем состоит ТО выключателей и предохранителей?
1.5. АВАРИЙНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
1. Аварийные электростанции
1.1. Состав приемников электроэнергии аварийных электростанций
Аварийная СЭС предназначена для подачи питания на ответственные приемники электроэнергии при аварийном состоянии основной судовой электростанции ( обесточива
нии судна ).
' При выходе из строя основной электростанции от шин АЭРЩ должны питаться следующие приемники:
а ) от шин АРЩ непосредственно:
.1. пожарный насос;
.2. электрооборудование, обеспечивающее работу пеногенераторов пожарной систе
мы;
.3. аварийное освещения;
.4. средства внутренней связи и оповещения, необходимые в аварийных условиях;
.5. системы авральной сигнализации, сигнализации обнаружения пожара и устрой-
ства управления и сигнализации о положении противопожарных дверей;
.6. устройства закрывания водонепроницаемых дверей, сигнализации их положения
предупреждения их закрывания;
б ) от шин АРЩ с пульта управления судном, расположенного в рулевой рубке:
.7. сигнально-отличительные фонари, фонари сигнала «Не могу управляться» и дру
гие фонарей, требуемые действующими Международными правилами предупреждения столкновения судов;
.8. средства внутренней связи и оповещения, а также авральная сигнализация;
.9. соответствующее радио- и навигационное оборудование;
.10. системы сигнализации обнаружения пожара.
.11. лампы дневной сигнализации, звуковые сигнальные средства (свистки, гонги и др. ) и остальные виды сигнализации, требуемые в аварийных состояниях.
При выходе из строя обеих электростанций основной и аварийной, автоматиче-
ски должен включаться третий источник электроэнергии аккумуляторная батарея напря
жением 12 ( 24 ) В, от которой питается ограниченное число приемников небольшой мощ-
ности:
.1. аварийное освещения и необходимые сигнально-отличительные фонари;
.2. все средства внутренней связи и оповещения, необходимые в аварийных услови
ях;
.3. системы авральной сигнализации и сигнализации обнаружения пожара;
.4. лампы дневной сигнализации, звуковые сигнальные средств (свистки, гонги и
др.).
Приемники, перечисленные в .2, .3 и .4, могут не питаться от общей ( единой ) ак-
кумуляторной батареи, если они имеют собственные аккумуляторные батареи, обеспечива
ющие их питание в течение требуемого времени.
1. 2. Размещение аварийной СЭС
Аварийная СЭС состоит из источника энергии и распределительного щита, располо
женных в специальном помещении.
Аварийная СЭС устанавливается на всех самоходных судах, кроме тех, у которых основными источниками электроэнергии являются АБ, при условии, что, по крайней мере, одна из них по емкости и расположению отвечает требованиям, предъявляемым к аварий-
ному источнику.
Помещение аварийной СЭС должно находиться выше палубы переборок, вне шах-
ты машинных помещений и в корму от таранной переборки. Выход из этого помещения должен вести непосредственно на открытую палубу.
На многих судах аварийная СЭС устанавливается в отдельном помещении на шлю-
почной палубе. Однако на некоторых типах судов, например, УПС, аварийная СЭС уста-
новлена в служебном помещении на главной палубе.
1.3. Особенности электроснабжения грузовых и пассажирских судов
Мощность аварийной судовой электростанции должна быть достаточной для одно-
временного электроснабжения всех своих приемников электроэнергии.
Источником электроэнергии аварийной СЭС может быть ДГ или АБ. Аккумуляторные батареи должны включаться в аварийную сеть при отключении
напряжения в основной сети.
На пассажирских судах аварийная СЭС должна сохранять работоспособность в те-
чение 36 ч, на грузовых судах неограниченного и ограниченного районов плавания 1, вало
вой вместимостью 300 рег. т и более - 18ч.
На грузовых судах аварийная СЭС обеспечивает электроэнергией сети аварийного освещения, сигнально-отличительные фонари, сети авральной сигнализации, внутренней связи и сигнализации, необходимые при аварии, радио- и навигационное оборудование, системы обнаружения пожара, звуковые сигнальные средства, пожарный насос и рулевое устройство (на время 10 или 20 мин).
Пуск АДГ может быть ручным или автоматическим, во 2-м случае АДГ должен пуститься и принять номинальную нагрузку за время, не превышающее 45 с.
Если не предусмотрен автоматический пуск или нагрузка может быть принята за время более 45 с, должен быть предусмотрен кратковременный аварийный источник энер-
гии.
Таким источником является АБ, которая без дополнительного заряда в течение 30 мин обеспечивает питанием сети аварийного освещения, сигнально-отличительные фона-
ри, сети авральной сигнализации и внутренней связи, необходимые при аварии, системы обнаружения пожара в помещениях судна, звуковые сигнальные средства и лампы днев-
ной сигнализации.
1.4. Принципиальная схема АЭРЩ
При аварийном состоянии основной СЭС аварийная электростанция становится автономным и единственным источником электроэнергии на судне.
В нормальном режиме работы судна АДГ не работает, но часть коммутационных устройств щита аварийной СЭС используют для подачи питания от ГРЩ, при разряде подключаются на заряд АБ, контролируют сопротивление изоляции.
В этом режиме приемники аварийной СЭС получают питание от ГРЩ, а в аварий-
ном режиме они переключаются на электроснабжение от АДГ.
На рис. 5.1 представлена упрощенная схема одного из вариантов АРЩ аварийной СЭС.
Рис. 5.1. Принципиальная схема АРЩ
В неаварийном режиме на его шины от ГРЩ по двум кабелям подается напряже-
ние 380 В и по одному - 220 В.
С помощью кнопки SB5 или SB6 включается один из контакторов КМ1 или КМ2.
На шины 220 В можно подать питание от шин 380 В через трансформатор TV, авто
матический выключатель QF2 и контактор КМЗ. Размыкающие вспомогательные контак-
ты КМЗ и КМ4 исключают одновременное включение напряжения 220 В от ГРЩ и от шин 380 В через TV.
В аварийном режиме пускается АДГ и его генератор G подключается на шины 380 В через автоматический выключатель QF1.
Конструктивно представленная схема щита смонтирована в 4-панельном щите. На его панелях установлены кнопки управления контакторами, контрольно-измерительные приборы с переключателями, кнопки проверки пуска АДГ, устройство контроля сопротив-
ления изоляции, кнопки включения АВ генератора.
Нагрузка аварийной СЭС контролируется общим амперметром, наиболее мощные приемники электроэнергии имеют отдельный амперметр с переключателем.
Зарядные статические устройства стартерных батарей АДГ и аппаратура СВАРН установлены в щите или отдельно в помещении аварийной СЭС.
Требования Правил Регистра СССР к стабилизации напряжения АДГ менее жесткие (допускается погрешность ±3,5 % номинального напряжения), поэтому СВАРН аварийной СЭС выполнена по простейшей схеме (обычно без корректора напряжения ).
1.5. Источники питания аварийных СЭС
Источниками питания аварийных СЭС переменного тока являются 3-фазные СГ.
Для повышения надежности аварийных генераторов их СВАРН упрощают, для чего:
пропорциональных напряжению и току нагрузки, что позволяет исключить из СВАРН гро
моздкий ТК.
точного аппарата.
В качестве примера рассмотрим СВАРН АГ фирмы «Эльмо» ( Германия ) ( рис. 5.2 ).
Рис. 5.2. Схема СВАРН АДГ фирмы «Эльмо»:
а принципиальная электрическая схема; б векторная диаграмма токов СВАРН
Система возбуждения АДГ фирмы "Эльмо" (ГДР) с генератором типа SSED имеет свои конструктивные и схемные особенности .
Все элементы СВАРН установлены непосредственно в цилиндрическом корпусе генератора со стороны, противоположной приводу (за щеточным аппаратом). Такое реше-
ние привело к увеличению длины корпуса генератора и объединению СВАРН с ним в единый блок.
В комплект СВАРН (рис. 5.2, а) входят трансформатор тока ТА, дроссель L, выпря
митель UZ и защитный выпрямитель VD.
Первичные обмотки трансформатора ТА включены не на выходе СГ, а с противопо
ложной стороны.
Компаундирующий дроссель L состоит из общего 3-стержневого магнитопровода, между стержнями которого и верхним ярмом имеется регулируемый воздушный зазор.
Сигналы по току и напряжению суммируются в электрической цепи (без общего трансформатора)/
Процесс амплитудно-фазового компаундирования поясняется векторной диаграмм
мой (рис. 5.2, б).
Достигается стабильность напряжения с погрешностью ±2,5 % номинального напря
жения во всем диапазоне нагрузок при cosφ = 0,5…0,9.
Ограничитель напряжения VD представляет собой выпрямитель из восьми селено-
вых элементов. На участке проводимости характеристика VD более крутая, чем у германи
евых диодов выпрямителя UZ, поэтому при перенапряжениях на стороне постоянного то-
ка (при КЗ и в переходных режимах) сопротивление выпрямителя VD значительно умень-
шается, ток замыкается через него, чем и достигается защита выпрямителя UZ. Диоды вы-
прямителя UZ выбраны с 3-кратным запасом по току, поэтому СВАРН имеет достаточную надежность.
Элементы СВАРН хорошо охлаждаются, находясь в потоке воздуха, втягиваемого крылаткой генератора в его корпус.
В цепи ОВГ не установлен ручной регулятор напряжения, поэтому значение напря-
жения СГ настраивается на фирме-изготовителе путем регулирования воздушного зазора в дросселе. Для настройки СВАРН в судовых условиях генератор нагружают активным током 80-100 %
1. 6. Схема программного управления пуском АДГ
На судах отечественной постройки установлены унифицированные системы про-
граммного управления пуском АДГ ( системы автозапуска АДГ ), с дизелями типов 1Д6-150М (мощность 100 кВт), 6Ч12/14 (50 кВт) и 4Ч10,5/13 (25 кВт).
После обесточивания судна автоматизированная СУ АДГ обеспечивает выполне-
ние такой программы пуска, включения АДГ на шины АЭС и приема нагрузки:
1. отключение фидеров питания щита аварийной СЭС от ГЭРЩ;
2. прокачку масла в смазочной системе дизеля;
3. перемещение рейки регулирования подачи топлива в положение минимальной подачи;
4. включение стартера, вращающего дизель;
5. исключение повторного включения стартера при удавшемся пуске;
6. обеспечение еще двух включений стартера в случае неудавшегося пуска;
7. при удавшемся пуске перемещение рейки регулирования подачи топлива в поло
жение номинальной подачи;
8. включение АВ после возбуждения генератора с одновременным приемом нагруз
ки ранее включенных приемников или прием нагрузки в 2 ступени;
9. возвращение системы автоматического пуска АДГ в исходное состояние;
10. прерывание программы пуска и возврат СУ в исходное состояние в случае включения питания основной СЭС.
Программа пуска может быть реализована с помощью электромеханических контак
тных устройств или электронной схемы.
В 1-м случае при аварии основной СЭС включается ЭД программного устройства, который через замедляющий редуктор вращает кулачковый валик. Последний, в опреде-
ленной последовательности, с заданными промежутками времени переключает контакты, которые, в свою очередь, управляют реле и другими устройствами, обеспечивающими пуск АДГ и включение нагрузки.
Во 2-м случае с помощью электронной схемы реализуется программа управления контактной частью схемы пуска АДГ и включения нагрузки.
Система состоит из пульта с кнопками для ручного пуска и сигнальными устройст-
вами, блока автоматического управления и элементов, смонтированных на дизеле.
Устройство программного управления пуском (рис. 5.3 ) получает питание от акку-
муляторной батареи GB, имеющей несколько выводов (это позволяет получить необходи-
мые для работы схемы напряжения разных значений).
Рис. 5.3. Схема программного управления пуском АДГ
Исходное состояние схемы
В исходном состоянии (в неаварийном режиме) на трансформатор TV поступает на
пряжение от ГРЩ, включается реле KV контроля напряжения и его контакт повторно пре
рывает цепь реле KV4 пуска (она прервана также закрытым в этом режиме транзистором VT19).
Через резисторы Rl, R3 на транзистор VT1 подано напряжение отрицательного сме-
щения, однако он открыт более высоким напряжением управления выпрямителя UZ1. В открытом состоянии сопротивление транзистора VT1 близко к нулю, на нем нет падения напряжения.
На эмиттер и базу транзистора VT2 поданы напряжения практически одинаковых потенциалов, поэтому он закрыт.
Через R5 на эмиттер -базу транзистора VT3 поступает напряжение положительного смещения, поэтому этот транзистор открыт. Через него заряжен конденсатор С2, через R8 течет ток управления транзистора VT4, и он открыт, а транзистор VT5 закрыт.
Через транзистор VT6 течет ток управления, создаваемый падением напряжения на резисторе R12, через который течет ток нагрузки выпрямителя UZ2. Транзистор VT7 за-
крыт.
Состояние остальной части схемы изменяется при переключении транзистора VT7. Так как он закрыт, конденсатор С4 не заряжен и транзистор VT8 тоже закрыт.
На коллектор - эмиттер транзистора VT8 не поступает напряжение, поэтому, несмо-
тря на то, что он закрыт, на нем нет падения напряжения и транзистор VT9 тоже закрыт.
Транзистор VT10 закрыт, так как на него поступает напряжение отрицательного смещения батареи. Так как VT10 закрыт, конденсатор С5 не заряжен, поэтому VT11 тоже закрыт. На его коллекторно-эмиттерном переходе создается падение напряжения, которое является напряжением управления транзистора VT12, и он открыт.
Протекающий через VT12 ток создает на резисторе R27 падение напряжения, кото-
рое компенсирует напряжение отрицательного смещения батареи, и транзистор VT13 от-
крыт. Через него текут токи управления транзисторов VT14, VT15, они открыты.
На базу транзистора VT16 подан отрицательный потенциал с коллектора транзисто-
ра VT15, поэтому VT16 закрыт.
На транзисторах VT17 и VT18 собрана схема мультивибратора MB. С коллектора транзистора VT16 на базу транзистора VT17 подан положительный потенциал, следователь
но, VT17 закрыт (соответственно VT18 открыт). Через R39 на транзистор VT19 поступает напряжение отрицательного смещения батареи, и он закрыт.
Работа схемы после обесточивания основной СЭС
При обесточивании основной СЭС исчезает напряжение на трансформаторе TV, отключается реле контроля напряжения KV и его замкнувшийся контакт подготавливает к включению реле KV4 пуска.
Закрывается VT1, так как выпрямитель UZ1 обесточен, открывается VT2. На резисторе R5 создается падение напряжения, которое больше напряжения положительного смещения батареи, и VT3 закрывается.
Транзистор VT4 не закрывается, конденсатор С2, разряжаясь через базу - эмиттер транзистора VT4, еще 30 с будет создавать ток управления. Так формируется выдержка времени всего цикла работы схемы автоматического пуска.
Транзистор УТ5 остается закрытым. Выпрямитель UZ2 обесточен, и на резисторе R12 нет падения напряжения, следовательно, транзистор VТ6 закрывается, а VТ7 открыва-
ется.
Начинается заряд конденсатора С4, и в течение времени заряда (3 с) конденсатор шунтирует цепь управления транзистора VТЗ: он остается закрытым.
Через открытый VТ7 на коллектор - эмиттер транзистора VТ8 подается напряжение батареи и, так как он закрыт, на нем возникает падение напряжения.
Открывается VТ9, возникает падение напряжения на резисторе R21, открывается VТ10, и включается реле КV1 прокачки масла, которое включит на 3 с электродвигатели масла М1 и топлива М2 (рис. 5.4, а).
Через VТ10 (см. рис. 5.3) мгновенно заряжается конденсатор С5, открывается VТ11. Закрывается VТ12, поэтому на R27 не создается падения напряжения и VТ13 закрывается.
Состояние транзисторов VТ14, VТ15 не изменяется, потому что через открытый VТ10 продолжают протекать их токи управления.
Через 3 с прекращается заряд конденсатора С4, открывается VТ8, закрываются VТ9 и VТ10: реле прокачки масла отключается.
Рис. 5.4. Принципиальные схемы пуска АДГ ( а ) и включения нагрузки ( б )
Транзистор VТ11 остается открытым, потому что через его базу - эмиттер разряжа-
ется конденсатор С5. Транзисторы VТ12, VТ13 остаются закрытыми.
Так как транзистор VТ10 закрыт, то закрываются транзисторы VТ14, VТ15. Открывается VТ16, и мультивибратор МВ начинает работать в следующем режиме:
ми в 2 с.
Когда транзистор VТ17 находится в открытом состоянии, на резисторе R39 возника
ет падение напряжения и открывается VТ19, трижды включается реле КV4.
Если пуск удался с 1-й попытки, то реле КV5 удавшегося пуска и центробежное ре-
ле КR разомкнут свои контакты, и реле КV4 не сработает повторно при отработке мульти-
вибратором еще двух циклов.
Через 16 с момента обесточивания закончится разряд конденсатора С5, транзистор VТ11 закроется, транзисторы VТ12-VТ15 откроются, VТ16 закроется, в результате МВ от-
ключится.
В промежутке времени с 17-й по 30-ю секунду в схеме никаких изменений не про
исходит.
Через 30 с прекратится разряд конденсатора С2, закроется VТ4, откроются VТ5 и VТ6, закроется VТ7.
Остальная часть схемы возвращается в исходное состояние.
В случае восстановления питания от ГЭРЩ транзисторы VТ1-VТ5 переключаются, но на резисторе R12 останется падение напряжения, создаваемое током выпрямителя UZ2, поэтому транзисторы VТ6-VТ19 не переключатся.
Всю схему программного управления можно представить как состоящую из пере-
ключающих реле Р1, Р2 и реле времени РВ1-РВЗ.
Принципиальные схемы пуска АДГ и включения нагрузки
В нормальном режиме напряжение с шин ГЭРЩ подается на реле КV8 (рис. 5.4, б), включаются контакторы КМ2, КМЗ и промежуточное реле КV7.
Приемники 1-й и 2-й ступеней включаются на напряжение ГЭРЩ. Автоматический выключатель QF1 включен, но аварийный генератор отключен от шин щита контактором КM1.
При обесточивании основной СЭС отключаются контакторы КМЗ и КМ2, начинает работать схема программного управления автоматическим пуском АДГ, но до момента включения аварийного генератора G судно остается обесточенным.
На 3 с включается реле КV1, его контакты подают питание на двигатели прокачки масла М1 и подачи топлива М2 (см. рис. 8.4, а), причем М2 передвигает рейку подачи топ-
лива в положение минимальной подачи.
Далее через VТ19 подается питание на реле КV4 пуска, его контакты замыкаются в цепи реле К А. Напряжение батареи GВ подается на стартер M3, и начинается проворачи-
вание дизеля.
Если пуск удался, то с увеличением частоты вращения АДГ возбуждается маломощ
ный вспомогательный генератор G1, навешенный на дизель, и включается реле КV5 удавшегося пуска.
Через его контакты вновь подается питание на двигатель M2, и он передвигает рей
ку в положение номинальной подачи топлива, после чего замыкается конечный выключа
тель SQ.
Включается промежуточное реле КVЗ, его размыкающий контакт отключает двига
тель регулирования подачи топлива, а замыкающий через промежуточное реле КV6 обе-
спечивает подачу питания на контактор КМ1, в результате приемники 1-й ступени подклю
чаются на напряжение аварийного генератора G.
В конце цикла работы схемы программного управления закрывается транзистор VТ7 (см. рис. 8.3), выключается реле КV2, включаются реле КV7 и контактор КМ2, при
этом приемники 2-й ступени включаются на шины щита аварийной СЭС.
Если АДГ не пускается, то включается тревожная сигнализация (ее элементы на схеме не показаны).
Ручное управление пуском АДГ
Ручной пуск АДГ осуществляется с помощью кнопок SB1 и SB2.
Уход и обслуживание аварийной СЭС
Так как аварийная СЭС является .наиболее ответственным устройством судна, то ей уделяется особое внимание: каждую неделю злектромеханик с механиком по заведова-
нию проверяют исправность всех элементов, наличие топлива, воздуха в пусковых балло-
нах, степень заряда АБ, а также выполняют пробные пуски АДГ (обычно проводят ручной пуск на воздухе, пуск с помощью кнопок SB1 и SB2, пуск через программное устройство).
Один раз в 6 мес выполняют пробный пуск и включение аварийной СЭС в режиме обесточивания судна.
2. Обеспечение непрерывности электроснабжения
2.1. Основные сведения
По степени важности приемники электроэнергии подразделяют на 3 группы:
1. особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей.
К ним относятся радио- и навигационное оборудование в соответствии с Правила-
ми по конвенционному оборудованию морских судов, рулевое устройство, пожарный на-
сос, аварийное освещение и др. На судах приемники этой группы питаются практически бесперебойно от основной, а при ее обесточивании - от аварийной электростанции;
2. ответственные приемники, обеспечивающие работу СЭУ, управление судном и сохранность груза. В эту группу входит основная часть судовых приемников электроэнер-
гии - насосы, вентиляторы, компрессоры, якорные и швартовные механизмы, грузовые устройства, средства внутрисудовой связи и сигнализации и др. Эти приемники получают питание во всех режимах работы основной СЭС;
3. малоответственные приемники, допускающие перерыв питания в аварийных ситуациях или при перегрузке СЭС - бытовая вентиляция, камбузное оборудование и др.
Для обеспечения непрерывности электроснабжения приемников электроэнергии
применяют следующие способы:
ние особо ответственные приемники электроэнергии;
основным, а другой резервным. К таким приемникам относятся, например, рулевые элек
троприводы, устанавливаемые в румпельном отделении в двойном количестве;
ГЭРЩ, а другой от вторичного РЩ или АЭРЩ. При этом фидеры получают питание от разных секций ГЭРЩ, разнесенных на достаточное расстояние друг от друга. Например, рулевые приводы получают питание по двум фидерам, один из которых подключен к ГЭРЩ, а второй к АЭРЩ. Эти фидера проложены вдоль разных бортов судна;
4. автоматическое переключение питания одиночного приемника электроэнергии с одного фидера на другой, и др.
Рассмотрим некоторые из этих способов
2.2. Обеспечение непрерывности электроснабжения при помощи аварийной СЭС
Рассмотрим структурную схему СЭЭС с одной основной и одной аварийной СЭС
( рис. 5.5 )
Рис. 5.5. Структурная схема СЭЭС с одной основной и одной аварийной СЭС
В состав схемы входят:
1. главный электрораспределительный щит ( ГРЩ ), от которого получают пита-
ние ответственные и малоответственные П1…П11 приемники электроэнергии;
тание особо ответственные приемники П12…П14;
тание, в основном, светильники малого аварийного освещения ( МАО ) и некоторые дру-
гие приемники электроэнергии ( авральная сигнализация и т.п. ) П15…П17.
Внутрь ГРЩ и АРЩ встроены контакторы переменного тока соответственно К1 и К2, катушки которых подключены к шинам ГРЩ ( К1 ) и АРЩ ( К2 ).
Контактор К1 3-полюсный, контактор К2 2-полюсный.
При нормальной работе основной электростанции катушка контактора К1 получает питание от шин ГРЩ, поэтому контактор К1 включен, и его 3 контакта замкнуты.
Через эти контакты к шинам ГРЩ подключены шины АРЩ.
Следовательно, при наличии напряжения на шинах ГРЩ есть напряжение и на ши-
нах АРЩ. Поэтому группы приемников электроэнергии П1…П11 и П12…П14 получают питание от основных генераторов G1…G4 СЭС.
Поскольку катушка контактора К2 получает питание от шин АРЩ, этот контактор включен, а его размыкающие контакты разомкнуты. Поэтому приемники П15…П17 отклю
чены от аккумуляторной батареи АБ.
При выходе из строя основной электростанции напряжение на шинах ГРЩ пропа-
дает, поэтому контактор К1 отключается и размыкает свои контакты. Тем самым шины ГРЩ и АРЩ рассоединяются.
По Правилам Регистра, после обесточивании шин ГРЩ должен произойти автома-
тический пуск АДГ ( в течение не более 45 с ) с последующим его включением на шины
АРЩ. Следовательно, в течение 45 с шины АРЩ обесточены, поэтому контактор К2 от-
ключен, а через его замкнувшиеся контакты К2 от батареи АБ аварийного освещения полу
чают питание приемники П15…П17, в том числе светильники аварийного освещения на-
пряжением 12 ( 24 В ).
После пуска АДГ и его включения на шины АРЩ восстанавливается питание при-
емников П12…П14. Кроме того, повторно включается контактор К2, его контакты размы-
каются, отключая от АБ приемники П15…П17. Аварийные светильники 12 ( 24 ) В отклю-
чены.
При выходе из строя аварийной электростанции контактор К2 отключается и через его замкнувшиеся контакты К2 вновь получают питание приемники П15…П17 напряже-
нием 12 ( 24 ) В.
Контактор К1 выполняет важную функцию рассоединяет шины ГРЩ и АРЩ при выходе из строя основной электростанции. Если бы этого контактора не было, т.е. шины ГРЩ и АРЩ были бы постоянно соединены, то при обесточивании основной электростан-
ции и включении АДГ на шины АРЩ все без исключения судовые приемники П1…П14 стали бы получать питание от шин АРЩ.
Поскольку мощность АДГ невелика ( обычно не более 150 кВт ), одновременное включение на шины АРЩ этих приемников привело бы к перегрузке АДГ и его отключе-
нию.
2.3. Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания
приемников электроэнергии
Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания на
контактных элементах
Переключение питания с одного фидера на другой используется в схемах управле-
ния рулевыми электроприводами ( рис. 5.6 ).
Рис. 5.6. Схема автоматического переключения питания рулевыми приводами
По Правилам Регистра, питание на рулевой привод подается от шин ГЭРЩ через 2
автоматических выключателя, расположенных на разных половинах ГЭРЩ.
При подготовке РЭП к работе электромеханик вначале включает один автоматиче-
ский выключатель, например, выключатель левого борта, а затем другой, правого борта.
При включении АВ левого борта появляется напряжение на линейных проводах Л1, Л2, Л3 левого борта. При этом катушка контактора КМ1 получает питание от линей-
ных проводов Л2 и Л3 левого борта. Контактор КМ2 включается, его главные контакты
КМ1 замыкаются, подавая питание в схему РЭП. Одновременно размыкается вспомога-
тельный контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2 правого борта.
Поэтому при включении АВ правого борта контактор КМ2 включиться не может
в цепи его катушки разомкнут контакт КМ1.
Если исчезнет питание на фидере левого борта, например, вследствие отключения
АВ этого борта, катушка контактора КМ1 обесточивается, контактор отключается.
Он размыкает главные контакты КМ1, но одновременно замыкает вспомогатель-
ный контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2. Последний включается, замыкает глав
ные контакты КМ2, восстанавливая подачу питания в схему РЭП, и одновременно размы-
кает вспомогательный контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ1.
Отсюда следует, что для восстановления подачи питания по фидеру левого борта надо не только включить АВ левого борта, но и отключить АВ правого борта ( чтобы замк
нулся контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ1 ).
После этого можно повторно включить АВ правого борта.
Далее работа схемы повторяется.
Рассмотренная схема построена на контактных элементах электромагнитных контакторах КМ1 и КМ2.
Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания
приемников электроэнергии на бесконтактных элементах
Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от контактных к бескон-
тактным элементам, например, симметричным тиристорам, или, иначе, симисторам ( рис. 5.7 ).
Рис. 5.7. Схема бесконтактного автоматического переключения сетей
В состав силовой части схемы входят:
1. сети основная и резервная;
2. группы симисторов VS1…VS3 и VS4…VS6;
3. приемники электроэнергии ПЭ.
В состав схемы управления входят:
1. Т1, Т2 - понижающие трансформаторы Т1, Т2, предназначенные для питания цепей управления симисторами;
2. UZ1, UZ2 - выпрямительные мостики, для получения постоянного тока цепей управления;
3. VD1, VD2 cтабилитроны ( пороговые элементы );
4. VD3…VD15 полупроводниковые диоды;
5. D1 cимметричный триггер R-S-типа;
6. D2 элемент задержки переключения симисторов;
7. С1…С3 конденсаторы;
8. SB выключатель управления.
Схема работает так.
Вначале питание подается в основную сеть.
На выходе UZ1 появляется напряжение, достаточное для пробоя стабилитрона VD1
Через пробитый VD1 образуется цепь тока управления вспомогательного тиристора VS7:
«плюс» на правом выводе UZ1 пробитый VD1 диод VD3 резистор R3 управляющий электрод катод VS7 «минус» на левом выводе UZ1.
Тиристор VS7 открывается, вследствие чего пробивается стабилитрон VD2, через
который и резистор RP1 образуется цепь тока:
«плюс» на правом выводе UZ1 пробитый VD2 открытый VS7 потенциометр RP1 «минус» на левом выводе UZ1.
На RP1 создается падение напряжения.
При включении выключателя управления SB это напряжение устанавливает триг-
гер D1 в исходное состояние, при котором на прямом выходе триггера D1 появляется напряжение, отпирающее вспомогательный тринистор VS8 в цепях управления силовыми тринисторами VS1…VS3.
Последние открываются, напряжение основной сети поступает к приемникам ПЭ.
После этого включают резервную сеть
При снижении напряжения основной сети на 10% и более стабилитрон VD2 запира
ется, и триггер переключается во второе состояние, при котором на инверсном выходе
триггера D1 появляется напряжение, отпирающее вспомогательный тринистор VS9 в це-
пях управления силовыми тринисторами VS4…VS6.
Включение этих тринисторов искусственно задерживается на небольшой промежу
ток времени ( несколько десятых с ) для того, чтобы ранее успели закрыться тринисторы
VS1…VS3.
Коммутирующий конденсатор С1 предназначен для запирания вспомогательных
тринисторов VS8 и VS9.
Конденсаторы С2 и С3 являются фильтрующими, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения мостиков UZ1 и UZ2.
Рассмотренные автоматические переключатели сетей выпускаются серийно. Их маркировка состоит из букв АПС, номера серии ( величины ) от 2 до 6, шифров значений напряжений ( 2 220 В. 3 380 В ) и частоты ( 1 частота 50 Гц, 2 частота 400 Гц ).
Например, АПС331 расшифровывается так: АПС - автоматический переключатель сетей,
первая цифра 3 третьей величины ( тока ), вторя цифра 3 для сетей напряжением 380 В,
1 частота 50 Гц.
Бесконтактные АПП ( устройства автоматического переключения питания ) отлича
ются от рассмотренного АПС только наличием защиты асинхронного двигателя.
3. Судовые аккумуляторы и гальванические элементы
3.1. Основные сведения
Кислотные и щелочные АБ применяют на судах для питания электроэнергией сетей управления автоматических устройств, аварийного освещения, авральной и пожарной сиг
нализации, радио- и телефонной связи, отличительных огней, для пуска дизелей с помо-
щью электростартеров.
На некоторых типах речных суда и судов смешанного класса плавания судовые ще
лочные аккумуляторы с суммарным напряжением 110 В используют в качестве аварийно
го источника электроэнергии для рулевых машин.
Электрический аккумулятор - это химический источник электроэнергии. Его дей-
ствие основано на обратимых электрохимических процессах.
Во время заряда аккумулятора электрическая энергия зарядного устройства пре-
вращается в химическую энергию, которая накапливается в аккумуляторе.
Если к аккумулятору подключить приемник электроэнергии, то аккумулятор будет разряжаться, т. е. его химическая энергия вновь будет превращаться в электрическую. Та-кие процессы заряда-разряда аккумулятора повторяются неоднократно.
Аккумуляторная батарея состоит из нескольких электрохимических элементов, соб
ранных в общий корпус (см. рис. 8.5, 8.6) и включенных по определенной схеме.
Обычно в аккумуляторной батарее несколько банок, в каждой банке блоки положи-
тельных и отрицательных пластин соединены параллельно.
Электродвижущая сила Е аккумулятора - разность потенциалов положительного и отрицательного электродов при разомкнутой внешней цепи. Значение Е зависит, главным образом, от состояния активной массы пластин и состава электролита, но не зависит от размеров пластин аккумулятора.
Электролиты - это растворы кислоты или щелочи в дистиллированной воде. Состо
яние электролита характеризуется его плотностью. Плотность щелочи и кислоты больше плотности воды, поэтому определенной концентрации кислоты или щелочи в воде соответ
ствует определенная плотность электролита.
Напряжение U аккумулятора - разность потенциалов положительного и отрицатель
ного электродов при замкнутой внешней цепи (при этом в цепи протекает ток).
Напряжение отличается от ЭДС значением падения напряжения внутри аккумулято
ра, которое определяется внутренним сопротивлением R аккумулятора и током, прохо-
дящим через него.
При заряде аккумулятора U больше ЭДС Е, при разряде - меньше. Конечное напря
жение аккумулятора при его разряде - напряжение, ниже которого аккумулятор разряжать не рекомендуется исходя из условий длительной эксплуатации.
Внутреннее сопротивление аккумулятора, состоящее из сопротивлений электроли-
та, пластин и сепаратора (перфорированный изолятор между пластинами), непостоянно: при разряде и понижении температуры оно увеличивается.
Емкость С аккумулятора - количество электричества, которое может дать полно-
стью заряженный аккумулятор при разряде неизменным током определенного значения до конечного напряжения:
С = I t ,
где I- ток разряда, А;
t - продолжительность разряда, ч.
Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы и конструкции пла-
стин, количества и концентрации электролита, температуры, степени изношенности акку-
мулятора, наличия примесей в электролите и многих других факторов.
Заряженный аккумулятор подвержен саморазряду в результате протекающих побоч
ных реакций, утечек тока через корпус и т. д. (например, саморазряд кислотных аккуму-
ляторов составляет 1 % их емкости в сутки).
Поэтому для аккумуляторов периодически следует проводить контрольно-трениро
вочные циклы разряда заряда.
Гальванические элементы
Гальванические элементы (ГЭ) отличаются от аккумуляторов необратимостью элек
трохимического процесса разряда ( являются устройствами 1-разового использования).
Постоянная готовность ГЭ к работе позволяет применять их в переносных радио-
устройствах, комбинированных измерительных приборах, электрических фонарях и спаса-
тельных средствах ( плотиках, поясах и жилетах ).
Гальванические элементы разделяют на сухие и водоналивные (активируемые), по форме исполнения - на баночные и галетные. Наиболее распространены марганцево-цин
ковые ГЭ.
Сухой баночный ГЭ состоит: из анода - угольного стержня, окруженного активной массой (оксидом марганца в смеси с графитом); цинкового катода - цилиндрической или прямоугольной банки; электролита - желеобразного хлорида аммония. Банка сверху залита смолой.
Сухой галетный ГЭ состоит из спрессованного из активной массы (оксид марганца с графитом) анода в виде прямоугольного брикета, пропитанной электролитом (хлорид аммония) картонной диафрагмы и пластинчатого цинкового катода. Элемент заключен в поливинилхло-ридный корпус.
Сухие ГЭ подвержены саморазряду, поэтому их сохранность не превышает 1,5 го-
да. Выпускают сухие ГЭ для различных температурных условий.
Водоналивной марганцево-цинковый ГЭ заполнен кристаллическим хлоридом ам-
мония: только после добавления пресной или дистиллированной воды хлорид аммония превращается в электролит и ГЭ может работать. Водоналивной медно-магниевый ГЭ ра-
ботает на хлоридном электролите и активизируется морской водой, что позволяет исполь-
зовать его в устройствах световой сигнализации и радиостанциях спасательных средств (плотиков, жилетов и т. д.).
3.2. Кислотные аккумуляторы
Маркировка батарей
В странах СНГ маркировка наносится на батарею и должна содержать:
Условное обозначение батарей
Батареей называют группу отдельных аккумуляторов ( банок ), соединенных опре-
деленным образом последовательно, параллельно или по смешанной схеме.
В приведенных ниже таблицах условное обозначение батарей состоит из типа и
исполнения.
Обозначение типа состоит из цифр и букв, которые означают следующее:
( ампер-часы ).
После обозначения типа батареи указываются буквы, обозначающие:
материал моноблока ( корпуса ): Э эбонит; Т термопласт;
материал сепараторов: М мипласт; Р мипор;
Обозначение исполнения батарей состоит из букв А или Н, которые означают сле-
дующее: А с общей крышкой; Н несухозаряженная.
Пример. В батарее типа 6СТ 50А цифры и буквы обозначают следующее:
6 число последовательно соединенных аккумуляторов с общим напряжением 6 х х 2 = 12В; СТ стартерная; 50 емкость в Ач; А с общей крышкой.
Устройство кислотных аккумуляторов
Кислотный аккумулятор изображен на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Кислотный аккумулятор: а пластины; б общий вид
Кислотный аккумулятор (рис. 5.8 ) состоит из эбонитового или пластмассового корпуса 5, отрицательных 1 и положительных 4 пластин, собранных с помощью соедини
тельных мостиков (бареток) 3 в полублоки, и электролита, в который погружены пласти-
ны.
С помощью борнов 2 (полюсных выводов) и межэлементных соединений (перемы-
чек) 6 блоки пластин соединяют в электрическую цепь. Для изоляции разноименных пла-
стин в аккумуляторе применяют сепараторы из различных пластмасс, на крышках аккуму-
лятора устанавливают вывинчивающиеся пробки 7, в нижней части пластины опираются на изоляционные призмы 8.
Положительные и отрицательные пластины отливают в виде решеток из химически чистого свинца с 5-10 %-ной присадкой сурьмы. Решетки пластин заполняют активными массами: активная масса положительных пластин состоит из свинцового сурика Рb02 и сульфата аммония, отрицательных - из свинцового глета (губчатый свинец) с добавлением сернокислого бария. Отрицательные пластины механически более прочны, поэтому в бло-
ке их на одну больше, они располагаются с обеих сторон.
Электролитом служит раствор химически чистой серной кислоты в дистиллирован
ной воде.
Когда серную кислоту вливают в воду, в результате химической диссоциации часть молекул кислоты распадается на положительные и отрицательные ионы Ни SO.
Таким образом в электролите присутствуют ионы-носители электрического заряда и целые молекулы кислоты НSO.
Во время разряда аккумулятора в нем протекают следующие реакции:
у отрицательных пластин Рb + SO= Рb SO,
у положительных пластин РbО + Н+ НSO= Рb SO+ 2 НО. Положительные и отрицательные ионы электролита вступают в реакцию с активны
ми массами пластин, изменяя их состав и отдавая электрический заряд на пластину. На всех пластинах образуется сульфат свинца Рb SO.
Количество ионов SOв электролите уменьшается; поэтому его плотность в про-
цессе разряда заметно снижается.
Аккумулятор будет источником электроэнергии до тех пор, пока текут реакции разряда, а они возможны, если еще не вся активная масса пластин РbОи Рb превращены в Рb SO, т. е. пока в растворе есть ионы. Полный разряд не рекомендуется.
При подключении аккумулятора к источнику постоянного тока под действием за
рядного тока протекают обратные реакции заряда:
у отрицательных пластин Рb SO + Н= Рb + НSO;
у положительных пластин Рb SO + 2 НО + SO= РbО+ 2 НSO.
В результате Рb SO распадается на исходные материалы пластин, и в раствор выделяется кислота, поэтому плотность увеличивается до исходного значения (1,24-1,31 г/см) в зависимости от климатических условий), причем ЭДС заряженного аккумулятора составляет 2,1 В.
Опытным путем установлена зависимость между ЭДС и плотностью электро
лита для кислотного аккумулятора:
Е = 0,84 + d,
где d : плотность электролита, г/см3.
Напряжение аккумулятора в режимах разряда и заряда:
Uр = 0,84 + d Iр Rвн ,
Uз = 0,84 + d + Iз Rвн ,
где: Iр ток разряда, А;
Iз ток заряда, А;
Rвн внутреннее сопротивление аккумулятора.
Обычно принимают Rвн = 0,005 Ом.
Эксплуатация кислотных аккумуляторов
При нормальном обслуживании кислотных аккумуляторов сульфат свинца Рb SO образующийся на пластинах, полностью распадается в конце заряда, и аккумулятор восстанавливает свою емкость.
Если в течение нескольких суток полностью или частично разряженный аккумуля-
тор не зарядить, то Рb SO может перекристаллизироваться в крупнозернистую соль того же химического состава. Такой сульфат не распадается при последующем заряде.
Аккумулятор начинает "кипеть", так как реакции распада сульфата свинца не проте
кают и энергия источника расходуется на нагрев электролита. Возникает так называемый процесс сульфатации пластин, в результате аккумулятор теряет часть емкости.
Во избежание сульфатации кислотные АБ нужно держать всегда заряженными, что требует постоянного ухода за ними.
По сравнению с щелочными аккумуляторами кислотные имеют и преимущество: низкое (примерно в 10-15 раз меньше, чем у щелочных) внутреннее сопротивление Rвн .
Поэтому только кислотные аккумуляторы могут использоваться в качестве стартер
ных, так как большие разрядные токи Iр создают сравнительно малое падение напряжения на аккумуляторе: ΔU = Iр Rвн. В результате аккумулятор при разряде практически сохраня
ет напряжение: Uр= Е- ΔU .
Нормальным током разряда кислотной АБ считается ток, составляющий около
10 % емкости АБ, т.е. Iр = С / 10.
Например, для батареи 6СТЭ-128 нормальный ток разряда Iр = С / 10 = 128 / 10 =
12,8 А.
Полную емкость АБ отдает за 10 ч: С = 12,8*10 = 128 А-ч.
При работе со стартером эта АБ разряжается током 300-400 А за короткое время. Для аккумулятора такой режим неблагоприятен, так как при обильном выделении Рb SO может возникнуть деформация пластин и возможно выпадение активной массы.
Стартерный режим при температуре 30ºС может длиться не более 5,5 мин, а при температуре -18ºС - всего 2 мин. Полную емкость аккумулятор, конечно, не отдает, но его напряжение понижается до 1,5В.
При эксплуатации кислотных АБ необходимо обеспечить нормальные режимы раз
ряда и заряда, наблюдать за плотностью электролита, поддерживать чистоту батарей, так как загрязнение увеличивает степень саморазряда.
Приготовление электролита и заряд кислотных АБ
Электролит приготовляют в чистой стеклянной, фарфоровой, эбонитовой или эма
лированной посуде. В воду осторожно вливают кислоту, размешивая раствор стеклянной или эбонитовой палочкой.
Раствору нужно дать остыть до температуры 25ºС. Обычно плотность электролита предварительно устанавливают 1,4 г/см, затем перед заливкой в аккумулятор плотность доводят до нормы.
При вводе в эксплуатацию новых АБ после заливки электролита в течение 3-6 ч да
ют возможность активной массе пластин хорошо пропитаться, проверяют уровень электролита в банках и заряжают током, несколько меньшим 10 % емкости.
Через каждый час проверяют температуру и плотность. В случае нагрева выше 45º С прекращают заряд и охлаждают АБ до 35ºС.
Конец заряда определяют по обильному выделению газа ("кипению"), а также по постоянству напряжения и плотности электролита в течение последних 2 ч заряда.
В конце заряда напряжение достигает 2,75-2,80 В на каждой банке.
Разряд кислотных АБ
В режиме разряда по напряжению аккумулятора можно ориентировочно опреде-
лить степень его заряженности: при напряжении 2,0-1,9 В аккумулятор полностью заряжен; при 1,9-1,8 В заряжен на 75 %; при 1,8-1,7 В заряжен на 50 %; при 1,7-1,6 В заряжен на 25 %; при 1,6-1,5 В полностью разряжен.
Для повышения надежности кислотных АБ, а также с целью предотвращения замер
зания электролита (когда плотность понижена) их рекомендуют разряжать не более чем на 50 %.
Систематический перезаряд АБ, во время которого в аккумуляторах действуют по-
вышенные температуры, вызывает разрушение активной массы.
Постоянный недозаряд способствует возникновению процесса сульфатации, призна
ками которого являются повышение напряжения в начале заряда, преждевременное "кипе-
ние", незначительное повышение плотности в процессе заряда, повышение температуры и быстрое понижение напряжения в процессе разряда.
Сульфатированный аккумулятор разряжают, заменяют электролит дистиллирован-
ной водой и заряжают током, составляющим 0,5 нормального тока заряда, до достижения постоянства плотности и напряжения в течение 6 ч при обильном газовыделении. Затем плотность доводят до номинального значения.
Загрязнение электролита посторонними примесями (например, при использовании нестандартной кислоты ) приводит к разрушению активных масс пластин, у таких АБ наблюдается повышенный саморазряд.
Неправильное подключение АБ или ее отдельных банок в зарядную цепь может привести к изменению полярности пластин.
Правила обслуживания аккумуляторов предусматривают еженедельный осмотр АБ
и аккумуляторных помещений.
Ежемесячно проводится протирка аккумуляторов, проверка уровня электролита, плотности, выполняется заряд.
Режимы и периодичность зарядов АБ определяются условиями их эксплуатации и соответствующими инструкциями.
3.3. Щелочные аккумуляторы
Маркировка батарей
В странах СНГ маркировка наносится на батарею и должна содержать:
Условное обозначение щелочных батарей
Батареей называют группу отдельных аккумуляторов ( банок ), соединенных опре
деленным образом последовательно, параллельно или по смешанной схеме.
В приведенных ниже таблицах условное обозначение батарей состоит из типа и ис
полнения.
Обозначение типа состоит из цифр и букв, которые означают следующее:
( ампер-часы ).
Обозначение исполнения состоит из букв, которые обозначают следующее:
Пример. В батарее типа 10КН-100 цифры и буквы обозначают следующее:
10 х 1,2 = 12В; КН кадмиево-никелевая; 100 емкость в А-ч.
Устройство щелочных аккумуляторов
Если кислотные аккумуляторы используют в качестве стартерных, то для питания
прочих низковольтных устройств применяют щелочные кадмиево-никелевые и железони-
келевые аккумуляторы (они одинаковы по конструкции и составу электролита).
Корпус 9 щелочного аккумулятора (рис. 5.9 ) изготовляют сварным из листовой ста
ли, покрытой никелем.
Технология изготовления положительных 4 и отрицательных 11 пластин одинакова: их выполняют из тонких перфорированных листов стали в виде ламелей-футляров 3, в которые помещается активная масса 1.
Гидрат окиси никеля Ni(ОН)3 служит активной массой положительных пластин ще
лочных аккумуляторов обоих типов.
Активная масса отрицательных пластин у кадмиево-никелевых аккумуляторов со-
стоит из смеси губчатого кадмия с железом, а у железо-никелевых - из смеси химически активного железа (губчатого железа) с его окислами и небольшого количества окиси ртути.
В электрохимических процессах участвуют кадмий Cd или железо Fe, а присадки улучшают электрохимические свойства масс.
Рис. 5.9. Устройство щелочного аккумулятора: 1 активная масса; 2 палочки распорные эбонитовые; 3 ламель-футляр; 4 положительные пластины; 5 вывод; 6 пробка; 7 вывод; 8 крышка стальная; 9 корпус аккумулятора; 10 баретки ( соединительные мостики ); 11 отрицательные пластины; 12 контакт-
ные пластины; 13 эбонитовые пластины; 14 стойки.
С помощью контактных пластин 12 и соединительных бареток 10 пластины собира
ют в блоки и через выводы 5, 7 соединяют с внешней цепью.
В стальной крышке 8 расположены пробки 6, в которых устроены небольшие отвер
стия для вентиляции.
Изоляция пластин одна от другой и от корпуса достигается установкой распорных
эбонитовых палочек 2 и эбонитовых пластин 13 со стойками 14.
У кадмиево-никелевых аккумуляторов крайние пластины всегда положительные, у железоникелевых отрицательные.
При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в об-
щем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.
Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOН в дистиллирован-
ной воде плотностью 1,19-1,21 г/см3 с небольшой добавкой едкого лития с небольшой до-
бавкой едкого лития КОН, который увеличивает срок службы аккумуляторов в 2-2,5 раза.
Реакции разряда-заряда (на примере кадмиево-никелевого аккумулятора) следую
щие:
у положительных пластин Ni (ОН3 ) + К ↔ Ni (ОН)2 + КОН;
у отрицательных пластин Cd + 2OН ↔ Сd(ОН)2.
Образовавшиеся при разряде гидроокиси Ni(ОН)2 и Сd(ОН)2 не обладают какими-
либо отрицательными свойствами, поэтому щелочные аккумуляторы могут длительное время находиться в разряженном состоянии, следовательно, их обслуживание упрощается.
Так как ионы К+ и ОН- или целые молекулы КОН присутствуют в левых и правых
частях уравнений реакций, плотность электролита в процессе разряда-заряда почти не изменяется.
ЭДС заряженного аккумулятора составляет 1,35 В, при разряде уменьшается до 1 В
( это зависит от состояния активных масс пластин и в меньшей степени от плотности элек
тролита и температуры эксплуатации).
Напряжение заряженного аккумулятора составляет 1,25 В, разряжают его до напря
жения не ниже 1,1 В.
Например, батарея 10 КН-100 (кадмиево-никелевая батарея, собранная из 10 банок,
общей емкостью 100 А-ч) имеет номинальное напряжение U = 12,5 В.
Номинальным зарядным током считается ток Iз = С / 4= 25 А продолжительно-
стью 6 час.
Номинальным разрядным током считается ток Iр = С / 8 = 12,5 А продолжительно-
стью 8 час.
Допускается 1-часовой режим разряда током Iр = 100 А.
Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов Rвн = 0,030,05 Ом, т.е. в десятки раз больше внутреннего сопротивления кислотных аккумуляторов, у которых Rвн = 0,005 Ом. Поэтому щелочные аккумуляторы нельзя использовать в стартерном режиме.
Эксплуатация щелочных АБ
Приготовление электролита и заряд щелочных АБ
Для пользования в судовых условиях едкие кали КОН и натр N304 поставляются в жидком (плотностью 1,41 г/см3) или твердом (иногда с добавкой едкого лития) виде.
Для приготовления электролита пригодна дождевая и питьевая вода. После раство-
рения щелочи в железной, стеклянной или пластмассовой посуде раствор выдерживают в течение 3-6 ч до полного осветления.
Осветленную часть раствора при температуре не выше 30ºС доводят до нужной плотности и заливают в аккумулятор.
Во избежание поглощения электролитом углекислого газа из воздуха в каждый аккумулятор вливают несколько капель вазелинового масла или керосина.
После заливки нового аккумулятора электролитом его выдерживают в течение 2-10 ч (для пропитки пластины) до появления начального напряжения.
Затем проводят 2- 4 цикла заряд-разряд в соответствии с инструкцией.
Смену электролита выполняют через каждые 100-150 рабочих циклов, а также при хранении аккумулятора без действия сроком более одного года или при использовании его при температуре ниже - 20ºС. Перед сменой электролита аккумулятор разряжают до 1 В, промывают и немедленно заливают электролитом.
Кроме нормальных 6-часовых режимов заряда при Iз = С / 4 = 0,25С, через каждые 10 циклов (примерно 1 раз в месяц) или после глубоких разрядов делают усиленный заряд тем же током, но в течение 12 ч.
При зарядах температура аккумулятора не должна превышать 45°С. В начале заря
да напряжение аккумулятора составляет 1,4-1,45 В, в конце - 1,75-1,95 В.
Конец заряда характеризуется бурным выделением газа и постоянством ЭДС акку
мулятора.
Разряд щелочных АБ
При разряде аккумулятора в 8-часовом или более длительном режиме ( Iр = С / 8 ) напряжение не должно уменьшиться ниже 1,1 В, при 1-часовом режиме разряда ниже 0,5 В.
После 100-150 циклов работы проводят контрольно-тренировочные циклы, преду-
сматривающие непрерывные и полные заряды-разряды с заменой электролита.
Если в конце этих циклов за 6 ч разряда током Iр = С / 8 напряжение уменьшается до 1 В и ниже, аккумулятор подлежит замене.
Наличие примесей в электролите, отсутствие в нем присадки едкого лития, система
тические недозаряды, глубокие разряды, утечка тока и работа при температурах выше 35 ºС могут быть причиной понижения емкости щелочных АБ.
Работа при повышенных токах, низком уровне электролита и наличии неплотно-
стей на выводах может, вызвать перегрев аккумулятора.
При КЗ, утечках тока и накоплении осадков аккумулятор может иметь пониженное напряжение.
В небольших количествах выпускаются никель-кадмиевые безламельные щелоч-
ные аккумуляторы, у которых активная масса наносится на стальную решетку пластин и спекается.
У этих аккумуляторов Rвн = 0,005 Ом, т.е. такое же, как и кислотных АБ. Поэтому они могут работать с большими разрядными токами со стабильным напряжением, но срок их службы мал (примерно 300 циклов).
В марку такого аккумулятора добавляется буква Б ( безламельный ).
Серебряно-цинковые аккумуляторы обладают высокой стабильностью напряжения при больших разрядных токах и имеют малые массу и габаритные размеры. Однако их стоимость высока, а ресурс довольно низок (до 100 циклов). Эти аккумуляторы имеют
Rвн = 0,001 Ом, Е = (1,7-4,4) В, напряжение в заряженном состоянии U = 1,6-1,5 В.
Серебряно-кадмиевые аккумуляторы обладают несколько худшими рабочими характеристиками, но в эксплуатации выдерживают до 500 циклов.
3.4. Выбор и размещение аккумуляторов
Тип аккумуляторов, их количество и параметры определяются их назначением на судне.
Для увеличения напряжения АБ соединяют последовательно, для обеспечения ре
жимов работы с большими токами - параллельно.
Разрядная емкость (А-ч) аккумуляторной батареи для сетей освещения и сигнализа
ции
С= РТ / U,
где Р - потребляемая мощность, Вт;
Т - длительность электроснабжения, ч;
U- номинальное напряжение батареи, В.
Для питания электростартеров устанавливают две АБ, причем емкости одной из них должно хватать на 6 пусков длительностью 5 с.
Емкость (А-ч) одной стартерной батареи
С =1пt,
где 1 - ток стартера (принимается равным 400 А);
n - число пусков;
t - длительность пуска, ч.
Учитывая ухудшение свойств аккумуляторов в процессе эксплуатации, их расчет
ную емкость несколько увеличивают.
Аккумуляторные батареи малого аварийного освещения, связи, пожарной и аварий
ной сигнализации размещают в специальных помещениях выше палубы переборок, вне шахты МО, с выходом на открытую палубу.
Батареи другого назначения мощностью более 2 кВт или напряжением выше без-
опасного размещают в аналогичном помещении или на открытых палубах в аккумулятор
ных ящиках.
При мощности 0,2-2 кВт АБ устанавливают в ящиках, внутри корпуса судна (кроме жилых помещений), а при мощности менее 0,2 кВт - в таких же помещениях без специаль
ных ящиков.
Совместная установка щелочных и кислотных АБ недопустима.
Аккумуляторы размещают на стеллажах, их надежно закрепляют.
Для вентиляции воздухом со всех сторон аккумулятора должен быть обеспечен за-
зор не менее 15 мм.
Во время работы АБ могут выделять взрывоопасный газ, поэтому аккумуляторные помещения, шкафы и ящики оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией.
Через аккумуляторные помещения не прокладывают транзитные кабели и трубопро
воды, в них устанавливают взрывобезопасные светильники с вынесенными наружу выклю
чателями.
При снижении температуры ниже 5ºС помещения отапливают паровыми грелками. Установка электрических грелок запрещена.
3.5. Зарядно-питающие устройства аккумуляторов
Инструкции заводов-изготовителей предусматривают заряд АБ в режиме постоян-
ства тока (иногда в 2 ступени).
Такой режим заряда обеспечивает наибольший срок службы АБ.
Для того чтобы зарядный ток Iз не изменялся на протяжении всего цикла заряда, нужно увеличивать зарядное напряжение Uз, так как по мере заряда батареи ее ЭДС увеличивается, а при Iз = соnst зарядный ток будет уменьшаться.
Проще заряжать АБ при неизменном напряжении Uз. Этот режим протекает с уменьшающимся Iз. Его технически обеспечить проще, так как Uз = соnst, но такой заряд менее благоприятен для АБ.
Так как большинство судов построено с СЭЭС переменного тока, то для заряда АБ требуются преобразователи переменного тока в постоянный ( выпрямительные устройства ).
Их собирают на статических выпрямителях или тиристорах UZ (рис. 5.10 ), только на старых судах можно встретить вращающиеся преобразователи переменно-постоянного тока.
Рис. 5.10. Принципиальная схема зарядно-питающего устройства с автомати-
ческим управлением
Большинство зарядных устройств работают параллельно с АБ, заряжая их и поддер
живая напряжение на приемниках. Такой режим работы ЗУ называется буферным.
При отключении зарядных устройств АБ продолжает энергоснабжение приемников электроэнергии.
Зарядные устройства не включают непосредственно на стартер.
Комплекс оборудования, обеспечивающий заряд АБ, а иногда и одновременное пи-
тание низковольтных приемников, называется зарядно-питающим устройством.
Схемы и конструктивное исполнение ЗПУ отличаются большим разнообразием.
На рис. 5.10 показано ЗПУ с автоматическим зарядным устройством АZ.
В ЗПУ входят также электродвигатель М вентилятора аккумуляторного помеще-
ния с пускателем КМ2, аккумулятором GB и РЩ.
При наличии напряжения 380 В нажатием на кнопку SВ1 включают схему заряда и двигатель М. При его перегрузке с помощью тепловых реле FР1, FР2 отключаются М и зарядное устройство АZ.
Таким образом предотвращается накопление взрывоопасных газов в аккумулятор-
ной.
Выпрямительное устройство UZ собрано на диодах и тиристорах. Сигнал управле-
ния зарядным током создается трансформатором тока ТА.
Блок БУ автоматического управления зарядным током имеет переключатель, позво
ляющий перейти на ручное управление.
Напряжение ЗПУ одновременно поступает на аккумуляторы и РЩ. Блок управле-
ния собран на операционных усилителях.
Переключателем SА можно выбрать один из трех режимов его работы.
Первый режим (Uз = 25…27 В) нормального заряда и второй (Uз =27…31 В) уско-
ренного заряда фактически обеспечивают заряд с ручным управлением.
Регулирование напряжения в указанных пределах осуществляется переменным резистором RP.
В третьем, автоматическом, режиме в зависимости от значения зарядного тока на-
пряжение изменяется автоматически в пределах 25…31 В.
Приемники, получающие питание от РЩ, могут работать при таких колебаниях напряжения питания.
При КЗ на выходе выпрямителя UZ автоматически увеличивается угол управления тиристорами и напряжение ЗПУ уменьшается до безопасного для приемников значения.
Контроль параметров заряда осуществляется по амперметру РА1 и вольтметру РV, контроль нагрузки - по амперметру РА2.
Повышенной надежностью и другими высокими эксплуатационными качествами обладают зарядные агрегаты типа ВАКЗ (выпрямительный агрегат, кремниевый, заряд-
ный). Например, агрегат типа ВАКЗ-1-4-40М (морской, напряжение питания 220/380 В, частота 50 Гц, номинальная мощность 1 кВт) обеспечивает автоматическую стабилизацию зарядного тока в диапазоне 3…25 А при автоматическом изменении напряжения на выхо-
де от 12 до 40 В.
Схема зарядного агрегата собрана на шести тиристорах, управляемых по значению зарядного тока.
На рис. 5.11 показаны схемы более простых ЗПУ с ручным регулированием значе-
ния зарядного тока.
Рис. 5.11. Принципиальная схема зарядно-питающих устройств с ручным управлением:
а с переключающим контактором; б с секционированием первичной обмотки трансформатора
При наличии напряжения 220 В (рис. 5.11, а) включается реле КV и при нажатии на кнопку SВ1 включается контактор КМ.
Через его замкнувшиеся контакты и регулировочные резисторы RP протекает ток заряда аккумуляторов.
С помощью шунтов RS и переключателя SА контролируют ток заряда.
При отсутствии напряжения 220 В контактор КМ, потеряв питание, переключает аккумуляторы GВ1, GВ2 в последовательную цепь и на приемники.
В схеме ЗПУ, представленной на рис. 5.11, б, регулирование напряжения заряда вы
полняется с помощью переключателя SА, подключенного к секционированным первич-
ным обмоткам трансформатора TV питания.
В обычном режиме контакторы КМ1 и КМ2 находятся под напряжением. Через вы-
прямитель UZ заряжается батарея GВ и одновременно напряжение поступает на цепи сиг-
нализации.
В аварийном режиме контакторы обесточиваются, заряд аккумуляторной батареи GВ прекращается: теперь ее электроэнергия расходуется на питание сетей сигнализации и малого аварийного освещения МАО.
3.6. Правила техники безопасности при эксплуатации аккумуляторов
Так как в аккумуляторе имеются химически опасные вещества и в процессе работы выделяются взрывоопасные газы, технике безопасности следует уделять особое внимание.
Серная кислота, попавшая на кожу, вызывает ожоги, а ее пары, попадая в дыхатель
ные пути, вызывают раздражение или ожог слизистой оболочки.
Попавшую на кожу кислоту или электролит нейтрализуют 5 %-ным водным раствором соды или 10 %-ным водным раствором нашатырного спирта.
Попадание щелочи на кожу или слизистую оболочку вызывает разрушение ткани (появление язв). Особо опасно попадание даже малых количеств щелочи в глаза.
Попавшую на кожу или в глаза, щелочь удаляют путем промывания раствором борной кислоты ( 10%-ный - для кожи, 2 %-ный - для глаз) и большим количеством воды, после чего необходимо обратиться к врачу.
Во время работы с электролитами нужно пользоваться специальной одеждой: шерс
тяной костюм, резиновый фартук, очки, перчатки, сапоги.
Необходимо соблюдать особую осторожность при разливе кислоты и дроблении щелочи.
Все работы, связанные с монтажом или демонтажем, можно проводить только при отключенных АБ, а если применяется пайка или газовая резка, то АБ следует разрядить и хорошо проветрить помещение.
Пользоваться металлическим инструментом надо с большой осторожностью, так как оставленные на аккумуляторе металлические предметы могут вызвать КЗ и взрыв.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные требования Правил Регистра аварийным электростанции-
ям
2. Какие судовые устройства и системы являются приемниками электроэнергии
аварийной СЭС?
3. Как осуществляется питание приемников аварийной СЭС в нормальном режиме работы судна?
4. Используя схему ( рис. 5.1 ), назовите назначение всех коммутационных устройств
5. Какие функции выполняются с помощью программы автоматического пуска АДГ?
6. Используя схему, объясните, как формируется выдержка времени всего цикла автоматического пуска АДГ.
7. Как действует схема, с помощью которой обеспечивается предварительная про-
качка масла в смазочной системе АДГ?
8. Используя схему ( рис. 5.4), объясните порядок включения нагрузки после авто
матического пуска АДГ
9. Как устроены гальванические элементы?
10. Как устроен кислотный аккумулятор?
11. Используя химические реакции, объясните процессы, происходящие в кислот-
ном аккумуляторе при его разряде и заряде.
12. В чем заключается процесс сульфатации кислотного аккумулятора и каковы его последствия?
13. Как устроен щелочной аккумулятор?
14. Назовите основные достоинства и недостатки кислотных и щелочных аккумуля
торов
15. Рассчитайте зарядный ток аккумуляторов 6СТК-180 и 5НКН-68
16. Как определить расчетную емкость аккумуляторных батарей?
17. Перечислите основные правила техники безопасности, которые необходимо со-
блюдать при обслуживании аккумуляторов
18. Какие виды зарядных устройств применяются на судах? Чем они отличаются друг от друга?
1.6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО СУДНУ
1. Судовые электрические сети
1.1. Классификация электрических сетей
Электрические сети предназначены для распределения и передачи электроэнергии и состоят из электрораспределительных щитов и линий электропередачи. Электрические сети подразделяют на силовые, аварийные и приемников.
Силовая электрическая сеть предназначена для распределения электроэнергии на участках от ГРЩ до приемников или преобразователей электроэнергии. Различают следу
ющие типы силовых электрических сетей: фидерную, магистральную и магистрально-фидерную ( рис. 6.1 ).
Рис. 6.1. Принципиальные схемы силовых электрических сетей:
а фидерная; б магистральная; в магистрально-фидерная
В случае использования фидерной сети (рис. 6.1, а) ответственные и наиболее мощ-
ные приемники П1 и П2 получают питание непосредственно от ГРЩ по отдельным фиде-
рам, а приемники ПЗ-П8 - от электрораспределительных щитов (районного РРЩ1, отсеч-
ных ОРЩ1-ОРЩЗ и групповых ГрРЩ1-ГрРЩ2, соединенных с ГРЩ фидерами.
При использовании магистральной сети (рис. 6.1, б) приемники электроэнергии П1-П6 получают питание от электрораспределительных щитов РЩ1-РЩЗ или магистраль
ных коробок МК1-МКЗ, присоединенных параллельно к магистральным линиям МЛ1-МЛЗ.
На современных судах применяют смешанную, магистрально-фидерную сеть (рис. 6.1, в). В этой сети приемники П1 получают питание по фидерам, а приемники П2-П5 - по магистральным линиям МЛ1 и МЛ2.
1.2. Сравнение свойств судовых электрических сетей
Сравним свойства разных типов силовых электрических сетей.
Фидерная сеть более надежна по сравнению с магистральной, так как при повреж
дении любого фидера лишается питания отдельный приемник или группа приемников, в то время как при повреждении магистральной линии прекращается питание всех приемни
ков или части их (в зависимости от места повреждения линии).
Вместе с тем фидерная сеть имеет увеличенную массу по сравнению с магистраль-
ной. Ее применяют для питания отдельных ответственных приемников или групп приемников (например, рулевого и якорного устройств, механизмов СЭУ).
Магистральную сеть используют в основном для питания неответственных прием-
ников (например, сети освещения). При этом к одной линии электропередачи (магистра-
ли) подключают светильники и розетки в нескольких смежных помещениях.
Магистрально-фидерная сеть соединяет достоинства и недостатки фидерной и магистральной сетей.
Выбор того или иного типа силовой сети зависит от ряда факторов, среди которых наиболее существенными являются назначение судна, мощность его электроэнергетиче-
ской системы, а также количество и распределение приемников электроэнергии.
Аварийная электрическая сеть предназначена для распределения электроэнергии на участке от АРЩ до приемников, перечень которых определен Правилами Регистра.
Электрическая сеть приемников предназначена для распределения электроэнергии от определенного распределительного щита или преобразователя электроэнергии до одно
именных приемников. К таким сетям относят сети основного освещения, аварийного осве
щения, переносного освещения, сеть установок слабого тока, сеть радиотрансляции и др.
Сеть основного освещения применяется для снабжения электроэнергией осветитель
ных приборов и получает питание, как правило, от электрораспределительных щитов раз-
личного назначения: наружного освещения, освещения МО, служебных и пассажирских помещений и др.
Напряжение сетей основного освещения составляет 220 В (реже 127 В). Правила Регистра СССР допускают применение этих сетей для питания маломощных бытовых электроприборов (каютных вентиляторов, холодильников и др.), а также электрических грелок.
Сеть аварийного освещения является составной частью сети основного освещения. Эта сеть получает питание от АРЩ и поэтому снабжается электроэнергией практически бесперебойно: при нормальном режиме работы основной электростанции от ГРЩ через шины АРЩ, а при выходе ее из строя от АДГ. При обесточивании основной и аварийной электростанций автоматически включается сеть аварийного освещения напряжением 12 или 24 В, питающая от АБ ограниченное количество осветительных точек в постах управ
ления, коридорах и проходах.
Сеть переносного освещения применяется для снабжения электроэнергией перенос
ных светильников напряжением 12 или 24 В, позволяющих усилить местную освещен-
ность при проведении ТО или ремонтных работ. Для получения указанных напряжений используют понижающие трансформаторы соответствующей мощности.
Сеть установок слабого тока обеспечивает работу телефонов внутренней связи, машинных телеграфов, рулевых указателей, звонковой и пожарной сигнализации и других приемников ограниченной мощности.
Сеть радиотрансляции соединяет радиотрансляционный узел с громкоговорителя-
ми, установленными в различных помещениях судна.
Электрические сети выполняют изолированными от корпуса судна.
Исключение составляют электрические сети маломерных судов (небольших букси-
ров, катеров, мотоботов и др.), на которых допускается применение корпуса судна в качестве второго провода при напряжениях до 30 В переменного и 55 В постоянного тока.
Передачу электроэнергии постоянного и 1-фазного переменного тока осуществля-
ют 2-проводными линиями электропередачи, а 3-фазного тока - 3-проводными ( редко 4-проводными) линиями электропередачи. В последнем случае линия электропередачи со-
стоит из трех фазных и одного нулевого провода и применяется на плавсредствах {дебар-
кадерах, брандвахтах и др.), получающих электроснабжение с берега.
2.1. Основные сведения
Передача электрической энергии в силовых и осветительных сетях и телефонная связь осуществляются при помощи кабелей и проводов.
Кабель состоит из одного или нескольких изолированных проводников, заключен-
ных в общую защитную, а поверх нее герметичную оболочки. Кабели можно проклады-
вать в сырых помещениях и на открытой палубе.
Провод по сравнению с кабелем имеет облегченную защитную оболочку. Поэтому провода прокладывают только в сухих и отапливаемых помещениях.
Кабели и провода для силовых и осветительных установок рассчитывают на напря-
жение до 700 В переменного или 1000 В постоянного тока, для телефонных установок - на напряжение 100 В постоянного тока.
Помимо судовых проводов, внутри приборов и аппаратуры применяют изолирован
ные монтажные провода, допускающие непосредственную прокладку по металлическим деталям. Для соединения антенны судовой радиостанции с антенным вводом применяют разновидность неизолированных проводов - антенные канатики.
К кабелям и проводам предъявляется ряд требований, обусловленных особенностя-
ми прокладки и эксплуатации: повышенная гибкость (что важно при прокладке трасс в ограниченных по размеру судовых помещениях); электрическая прочность изолирующих оболочек; негорючесть; стойкость к воздействию воды, масла и др.
Токоведущие жилы скручивают из отдельных отожженных медных проволок с пло
щадью поперечного сечения от 0,35 до 625 мм2 для силовых кабелей и проводов и 1 мм2 для телефонных проводов.
Жилы заключены в изолирующую оболочку из резины, поливинилхлоридного пла-
стиката и полиэтилена, стекловолокна, фторопласта-4 и др.
Наружные защитные оболочки кабелей изготовляют из маслобензостойкой, не рас-
пространяющей горения резины, шлангового поливинилхлоридного пластиката и свинца. Поверх изолирующей оболочки кабели и провода могут иметь металлические оболочки различного назначения.
Для уменьшения помех радиоприему применяют экранирующие оболочки из мед-
ной луженой проволоки, охватывающие весь кабель, жилы внутри кабеля экранируют ме-
таллизированной бумагой.
Для защиты от механических повреждений используют неэкранирующую оплетку из стальной оцинкованной проволоки (панцирную оплетку) или металлическую броню из стальной ленты или проволоки. Лента (проволока) наматывается спирально и образует сплошной цилиндрический слой. Допускается применение кабелей с оболочками из меди, чистого свинца и его сплавов.
Обозначение кабелей и проводов состоит из марки, числа жил и площади их попе-
речного сечения, значения допустимого напряжения (например, кабель КНРЭ 3x25-500).
Буквы в марке обозначают:
1. для кабелей силовых приемников и осветительных приборов: К - кабель, Н - него
рючий, Р - резиновая изоляция жил и наружная оболочка, П - оплетка из стальных оцинко
ванных проволок ( «панцырь» ), Э - экранированный, М - морской, Б - изоляции на основе бутилкаучука, В - поливинилхлоридная оболочка, О - облегченный, к - устойчивый к воз-
действию коррозии.
На судах для таких приемников применяют кабели типов КНРк, КНРП, КНРЭ, КБН, КБНЭ, КОВЭ (при неподвижной прокладке) и РШМ, НРШМ (при подвижной).
2. для кабелей управления, связи, телефонии (в дополнение к указанным выше обо
значениям): С - судовой, М - малогабаритный, Т - телефонный.
К таким кабелям относятся кабели типов КНРТ, КНРТП, КНРТЭ, КНРЭТЭ и др. Если буква Э находится внутри марки кабеля, то это означает, что экранируется
одна или несколько жил, если в конце марки, то экранируется весь кабель.
Судовые кабели и провода имеют, как правило, многопроволочные жилы, что увеличивает их гибкость и исключает переломы жил вследствие вибрации и других механических воздействий.
Количество жил в различных кабелях составляет 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 12, 14, 16, 19, 24, 27, 30, 33, 37, 41, 44, 48, 52 и 61, что удовлетворяет потребностям судовых электрических сетей любого назначения.
В сетях постоянного и 1-фазного переменного тока используют 1- и 2-жильные кабели, причем применение 2-жильных кабелей с площадью поперечного сечения более 6 мм2 считается нерациональным.
В сетях 3-фазного переменного тока применяют, как правило, 3-жильные кабели с площадью поперечного сечения не свыше 240 мм2 (с целью облегчения монтажа), а для се
тей внутренней связи, цепей управления и контрольных цепей используют многожильные кабели.
Внедрение новых видов изоляции с повышенными тепловыми нагрузками (бутил-
резиновая, кремнийорганическая, минеральная и др.) позволяет уменьшить массу кабель-
ных сетей вследствие уменьшения толщины изоляционных оболочек и одновременно уве-
личить срок службы кабелей. Последнее позволяет обойтись без трудоемкого и дорогосто
ящего ремонта кабельных трасс в течение всего периода эксплуатации судна.
Следует заметить, что применение на судах кабелей с минеральной изоляцией про-
блематично. Такие кабели представляют собой медную трубку, внутри которой запрессо-
ваны в непроводящей окиси магния одна или несколько медных жил. Эти кабели огнестой
ки, компактны, долговечны, однако их недостатком является отсутствие гибкости.
2.2. Расчет кабелей по току нагрузки, их выбор и проверка
Надежность СЭО во многом определяется состоянием изолирующих оболочек кабе
лей и проводов, которое зависит в основном от характера и продолжительности тепловых процессов при нагреве оболочки током жилы.
Теория тепловых процессов достаточно сложна и используется на стадии разработ-
ки образцов кабельной продукции. Она позволяет по заданной площади поперечного сече-
ния жилы и известным тепловым характеристикам изоляции оболочки определить значе-
ние длительно допустимого тока жилы.
На практике приходится решать обратную задачу, которую упрощенно можно сфор
мулировать так: по заданному или рассчитанному значению тока найти площадь попереч-
ного сечения жилы кабеля. Для этого используют готовые таблицы норм токовых нагру-
зок кабелей и проводов.
Выбор кабеля дополняют проверкой его на потерю напряжения в линии.
2.3. Определение расчетных токов кабелей.
Расчетный ток (А) кабеля, питающего:
а ) двигатель постоянного тока
I= 10Рk/ ( Uη ) ( 6.1 ),
б ) трехфазный асинхронный двигатель
I= 10Рk/ ( Uη cosφ) ( 6.2 ),
где Р- номинальная мощность двигателя, кВт;
k- коэффициент загрузки двигателя;
U- номинальное напряжение двигателя (для асинхронного двигателя линей
ное), В;
η - номинальный КПД двигателя;
cosφ - номинальный коэффициент мощности асинхронного двигателя;
группу приемников постоянного тока
I= k + I ( 6.3 ),
где k- коэффициент одновременности работы приемников, питающихся от данного фидера;
n - число приемников;
- сумма полных токов всех п приемников, питающихся от данного фидера, А; I- ток запасных ответвлений, А;
группу приемников переменного тока
I = k ( 6.4 ),
где: k- коэффициент одновременности работы однотипных приемников в данном режиме;
= Icosφ+ Icosφ+ ….+ Icosφ- арифметическая сумма ак-
тивных составляющих расчетных токов приемников электроэнергии;
= Isinφ+ Isinφ+ ….+ I sinφ- арифметическая сумма реак-
тивных составляющих расчетных токов приемников электроэнергии
расчетный ток 3-фазного трансформатора принимают равным номинальному
I= I = ( S*10 ) / (3* U) ( 6.5 ),
где S- номинальная мощность генератора, кВ*А;
10- коэффициент перевода киловатт в ватты;
U- номинальное первичное напряжение генератора ( линейное ), В.
2.4. Выбор площади поперечного сечения жил кабелей
. Для выбора площади поперечного сечения жил кабелей используют таблицы норм токовых нагрузок (табл. 6.1 ). Эти нагрузки допускаются при прокладке не более 6 кабелей в одном пучке или в 1 ряд с плотным прилеганием одного к другому, или в 2 ряда, независи
мо от числа кабелей, но при условии, что между группой или пучком из 6 кабелей имеется свободное пространство для циркуляции воздуха.
Таблица 6.1.
Длительные допустимые токовые нагрузки ( А ) одножильных кабелей и проводов для температуры окружающей среды + 45ºС
Номи- нальное сечение жилы, мм |
Изоляционный материал |
||||
Поливинил- хлорид |
Поливинил- хлорид теп- лостойкий |
Бутиловая резина |
Этиленпро- пиленовая резина |
Силиконовая резина или мине- ральная изоляция |
|
Максимальная рабочая допустимая температура жилы, ºС |
|||||
60 |
75 |
80 |
85 |
95 |
|
1 |
8 |
13 |
15 |
16 |
20 |
1,5 |
12 |
17 |
19 |
20 |
24 |
2,5 |
17 |
24 |
26 |
28 |
32 |
4 |
22 |
32 |
35 |
38 |
42 |
6 |
29 |
41 |
45 |
48 |
55 |
10 |
40 |
57 |
63 |
67 |
75 |
16 |
54 |
76 |
84 |
90 |
100 |
25 |
71 |
100 |
120 |
120 |
135 |
35 |
87 |
125 |
140 |
145 |
165 |
50 |
105 |
150 |
165 |
180 |
200 |
70 |
135 |
190 |
215 |
225 |
255 |
95 |
165 |
230 |
260 |
275 |
310 |
120 |
190 |
270 |
300 |
320 |
360 |
150 |
220 |
310 |
340 |
365 |
410 |
185 |
250 |
350 |
390 |
415 |
470 |
240 |
290 |
415 |
460 |
490 |
- |
300 |
335 |
475 |
530 |
560 |
- |
Если фактические условия отличаются от перечисленных нормированных, вводят поправочные коэффициенты k… k .
Коэффициент k учитывает изменение условий прокладки кабелей (при прокладке более 6 кабелей или при отсутствии свободного пространства между ними k = 0,85).
Коэффициент k учитывает изменение числа жил в кабеле ( для 2-жильных кабе-
лей k= 0,85, для 3- и 4-жильных k= 0,7).
Коэффициент k - учитывает изменение режима работы по отношению к длитель
ному (при кратковременном режиме k= 1,06…1,46, при повторно-кратковременном
k = 1,24…1,51).
Коэффициент k - учитывает отличие температуры окружающей среды от норми
рованной 45 ºС ( для температур 35…85ºС k= 1,29…0,45 ).
Площадь поперечного сечения жил кабеля выбирают из условия
I≥ k k k kI ( 6.6 ) ,
где I- расчетный ток кабеля, А;
I- допустимый ток нагрузки для кабеля с выбранной площадью поперечного сечения жил при нормированных условиях эксплуатации.
Если приведенное выше условие не соблюдается, то по табл. 2 выбирают ближайшее большее значение площади поперечного сечения кабеля и соответствующее ему но-
вое значение I, затем повторяют расчет.
2.5. Проверка кабелей на потерю напряжения
Напряжение на выводах приемника электроэнергии всегда меньше напряжения на шинах ГРЩ вследствие потерь напряжения в линии между ГРЩ и приемником.
В линиях электропередачи постоянного тока потеря напряжения численно равна арифметической разности напряжений в начале и конце линии, причем понятия "потеря напряжения" и "падение напряжения" равнозначны.
В линиях передачи переменного тока потеря напряжения численно равна арифмети
ческой разности модулей (т. е. полных значений) напряжений в начале и конце линии, а падение напряжения определяется геометрической разностью напряжений в начале и конце линии.
Потеря напряжения ( %) в линии электропередачи постоянного тока
ΔU =( 2*10I l ) / ( γsU) или ΔU = ( 2*10Рl) / ( γsU) ( 6.7 ),
где 2 коэффициент, учитывающий наличие двух проводов линии;
I - ток приемника, А;
l - длина линии, м;
γ = 48,1 м/( Ом*мм) - удельная проводимость меди при 65ºС;
s - площадь сечения жилы кабеля, мм;
U - номинальное напряжение приемника, В;
Р - потребляемая из сети мощность приемника, кВт.
В сетях переменного тока потеря напряжения имеет активную и реактивную (индук
тивную) составляющие, причем последней можно пренебречь, так как при частоте тока 50 Гц она значительно меньше активной.
С учетом этого потеря напряжения (%) в 1 -фазной линии электропередачи переменного тока
ΔU =( 2*10I l cosφ ) / ( γsU) ( 6.8 ),
или
ΔU =( 2*10Рl ) / ( γsU) ( 6.9 ),
Потеря напряжения в каждом проводе 3-жильного кабеля при номинальном токе
ΔU = (3*10I Lcos φ ) / ( γsU) ( 6.10 ),
или
ΔU = (3*10 Рl ) / ( γsU) ( 6.11 ),
где: I - ток двигателя ( генератора), А;
L длина кабеля, м;
cos φ- номинальный коэффициент мощности двигателя ( генератора);
γ = 48,1 удельная проводимость меди при температуре + 65° С, м / Ом*мм
s - площадь поперечного сечения жилы выбранного кабеля, мм;
U- номинальное ( линейное ) напряжение двигателя ( генератора), В.
Если полученное в расчете значение потери напряжения в линии окажется больше
допускаемого, надо из таблицы выбрать кабель с ближайшим большим значением попереч
ного сечения жил и повторить расчет.
В случае если линия электропередачи обеспечивает электроэнергией несколько приемников, потеря напряжения определяется отдельно для каждого участка, в пределах которого площадь сечения и ток не изменяются.
Тогда для наиболее удаленного приемника потеря напряжения в линии определит
ся суммой потерь на отдельных участках
ΔU = ΔU+ ΔU+ …+ ΔU ( 6.12 ).
2.6. Требования Правил Регистра к значениям падения напряжения в линиях электропередач
Правила Регистра устанавливают такие нормы падения напряжения ΔU( %) при номинальном токе нагрузки приемников электроэнергии ΔU:
1. на участке генератор ГЭРЩ ( АРЩ ) - ΔU ≤ 1%;
2. на участке ГЭРЩ приемник электроэнергии:
а ) для приемников освещения и сигнализации при напряжении выше 55 В - ΔU ≤5%;
б ) для приемников освещения и сигнализации при напряжении 55 В и ниже 55 В - ΔU ≤10%;
в ) для силовых, нагревательных и отопительных приемников независимо от напря-
жения - ΔU ≤7%;
г ) для силовых приемников с кратковременным ( S2 ) или повторно-кратковремен
ным режимом работы независимо от напряжения - ΔU ≤10%;
д ) на клеммах асинхронного двигателя при прямом пуске - ΔU ≤25%.
2.7. Методы прокладки кабелей
На судах кабели и провода прокладывают в виде кабельных трасс, состоящих из от
дельных кабелей или групп кабелей. Последние образуют ряды и пучки.
Рис. 6.2. Способы прокладки Рис. 6.3. Кассета со скользящим
кабелей: а 1-рядный; 2 2-ряд- замком
ный; в - пучком
Ряд - это группа кабелей, имеющая общее крепление, в которой каждый кабель соприкасается с двумя соседними, кроме крайних (рис. 6.2, а).
Если группа кабелей состоит из двух рядов, не разделенных зазором и имеющих общее крепление, то прокладка называется 2-рядной (рис. 6.2, б).
Если в группе 3 и более рядов, кабели образуют пучок (рис. 6.2, в).
При прокладке отдельных кабелей применяют скобы, скоб-мосты и перфорирован
ные панели.
При прокладке рядов и пучков кабелей применяют специальные подвески, называе
мые кассетами (рис. 6.3).
Кассета состоит из П-образного корпуса 1 и подвижного замка 2, который переме
щается вверх или вниз вдоль корпуса кассеты в зависимости от ее заполнения.
Кассеты приваривают к корпусу судна на определенном расстоянии одна от другой по длине трассы, их можно устанавливать вертикально, горизонтально и наклонно.
Пучки кабелей в кассеты укладывают без крепления, что значительно ускоряет и упрощает монтажные работы. Кассетами и скобами крепят кабели с площадью поперечно
го сечения пучка соответственно до 400 и 150 см2. Применяется также свободная укладка кабелей в трубы и желоба.
Кабельные трассы должны быть по возможности прямыми, доступными для осмотра и обслуживания.
Места изгиба кабелей должны иметь определенное значение внутреннего радиуса R: обычно R = ( 2…10)d, где d - внешний диаметр кабеля.
Для снижения трудоемкости монтажа не рекомендуется применять 1-жильные ка-
бели с площадью сечения жилы более 240 мм2, а также 2- и 3-жильные кабели с площадью сечения жил более 120 мм2.
Поэтому при прокладке трасс для мощных приемников допускается замена одного кабеля несколькими одинаковыми с сохранением суммарной площади сечения жил в фазе или полюсе.
При прокладке кабельных трасс стремятся к минимальному числу пересечений, а в местах пересечений устанавливают мостики, чтобы избежать взаимного касания трасс.
При прокладке кабелей, идущих параллельно переборкам, подверженным запотева-
нию, между кабелями и переборками должно оставаться свободное пространство.
Расстояние кабельных трасс от наружной обшивки, противопожарных и водонепро
ницаемых переборок должно быть не менее 20 мм, от двойного дна и от цистерн топлива и масла - не менее 50 мм, от источников тепла - не менее 100 мм.
Во взрывоопасных помещениях и пространствах разрешается прокладывать кабели
предназначенные только для электрического оборудования, установленного в этих поме-
щениях и пространствах.
При этом электрическое оборудование должно быть взрывозащищенного исполне
ния: искробезопасного ( Ехi ), с оболочкой под избыточным давлением (Ехр), с взрывоне
проницаемой оболочкой ( Ехd ) или повышенной надежности против взрыва (Ехе).
Допускается прокладка транзитных кабелей через упомянутые помещения и прост-
ранства при условии, что кабели имеют металлическую броню или оплетку, покрытую не-
металлической оболочкой, свинцовую оболочку с дополнительной механической защи-
той.
Не рекомендуется прокладывать кабели под настилом, если же такая прокладка не-
обходима, кабели должны прокладываться в металлических трубах или в закрытых канна-
лах.
В местах трассы, где возможны разрыв или повреждение кабеля вследствие дефор-
мации корпуса судна из-за волнения моря или нагрева, устраивают компенсационные пет-
ли, внутренний диаметр которых должен составлять не менее 12 наружных диаметров кабеля.
При прокладке через водонепроницаемые переборки применяют сальники для оди
ночных кабелей и кабельные коробки для пучков кабелей.
Прокладка кабелей через палубы выполняется в металлических трубах (стояках) или металлических стаканах. Проходы кабелей через водонепроницаемые переборки и па-
лубы должны надежно быть уплотнены, для чего кабельные коробки заполняют уплотни-
тельными массами, стойкими к воздействию огня, воды и нефтепродуктов, не дающими усадок и нарушений герметичности в процессе эксплуатации.
Металлические или броневые оболочки кабелей должны быть надежно заземлены, т. е. электрически соединены с корпусом судна. Для заземления применяют медный про-
вод или металлические скобы, плотно прилегающие к оболочке кабеля. Если кабель прохо
дит через кабельный сальник, для заземления применяют кольца, находящиеся внутри сальника.
Для образования ответвлений от судовых кабелей и проводов применяют разветви
тельные (крестовые) коробки, внутри которых электрическое соединение кабелей прово-
дят при помощи винтовых зажимов.
Для маркировки кабелей и проводов применяют бирки - латунные или фибровые пластинки, прикрепленные к кабелю узким пояском из латуни или оцинкованной стали.
На пластинки наносят необходимые маркировочные надписи.
3.1. Основные сведения
Режимы работы электрических сетей и приемников электроэнергии взаимосвязаны. Это объясняется тем, что электрические сети и приемники связаны гальванически, а ток нагрузки приемника протекает по цепи: источник электроэнергии - кабель (провод) приемник.
Нарушение нормального режима работы приемника сопровождается нарушением режима работы электрической сети, связанной с этим приемниом.
Справедливо и обратное утверждение. Например, межвитковое замыкание в обмот
ке статора АД приводит к увеличению тока как в поврежденной фазе АД, так и в линей-
ном проводе, соединенном с этой фазой.
Подобно этому обрыв линейного провода электрической сети вызывает 1-фазный режим работы АД, сопровождаемый увеличением тока в двух остальных фазах АД и ли-
нейных проводах.
3.2. Защитные устройства электрических сетей и приемников электроэнергии
Надежность работы приемников электроэнергии и электрических сетей в нормаль-
ном и аварийном режимах обеспечивается комплексом мероприятий, в том числе примене
нием защитных устройств, обеспечивающих защиту от токов КЗ, токов перегрузки, пони-
жения напряжения, обрыва фазы и др.
В качестве ЗУ применяют предохранители, селективные и установочные АВ, реле и др. Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от ЗУ, которые обеспечива
ли один, определенный вид защиты, к устройствам, совмещающим в одном изделии не-
сколько видов защит, - тем самым возможно обеспечить полноту, быстродействие и надеж
ность защит.
ЗУ электрических двигателей должны быть следующих видов: от токов КЗ, токов перегрузки, самопроизвольного повторного пуска ЭД при восстановлении напряжения после обесточивания или снижения напряжения до 60 % и менее (нулевая защита).
Исключение составляют ЭД электрогидравлических рулевых устройств, для которых предусмотрена защита только от токов КЗ, а вместо защиты от перегрузки устанавли-
вается сигнализация и не допускается применение нулевой защиты. Последнее обеспечива
ет повторный автоматический пуск ЭД после восстановления напряжения, тем самым по-
вышается надежность работы рулевого устройства.
ЗУ трансформаторов от токов КЗ и токов перегрузки устанавливают в цепях пер-
вичных обмоток. Для трансформаторов мощностью до 6,3 кВ*А допускается применение только предохранителей.
ЗУ измерительных и регистрирующих приборов и контрольных ламп должны обес-
печивать защиту от токов КЗ. Допускается применение устройств для ограничения токов КЗ.
ЗУ от обрыва фазы устанавливаются в цепи фидера питания с берега и предназна
чены для его отключения при обрыве фазы. Тем самым исключается массовый выход из строя судовых 3-фазных АД вследствие перегрузки по току при работе в 1-фазном режиме.
Этот вид защиты может быть построен на операционном усилителе DА типа 140УД1В (рис.6.4, а).
Принцип действия ЗУ основан на сравнении двух напряжений: входного U и опорного U, приложенных соответственно к инверсному 9 и прямому 10 входам усили
теля DA.
Напряжение Uполучено при помощи схемы выпрямления на диодах VD1-VDЗ и пропорционально току фидера питания с берега.
Рис. 6.4. Принципиальная схема защитного устройства от обрыва фазы ( а )
и графики напряжений ( б, в, г, д )
Напряжение U создано током, протекающим по цепи:
"+" 6,3 В - потенциометр RР1 - корпус,
и снимается с нижней части потенциометра.
Дифференциальное входное напряжение Δ U = U- Uмежду входами 9 и 10 имеет полярность большего из этих напряжений.
При нормальном режиме работы береговой сети U> U(рис. 9.4, б), поэтому напряжение Δ U имеет полярность: "+" на входе 9, "-" на входе 10.
Через входы усилителя DА протекает ток по цепи:
"+" схемы выпрямления - R4 - вход 9 - вход 10 - R5-RР1 - "-" схемы выпрямления. На выходе усилителя DA существует небольшое отрицательное напряжение U
(рис. 6.4, в), недостаточное для включения реле КV1.
При обрыве фазы токи в исправных фазах одинаковы по значению и сдвинуты на 180º.
При этом в промежутках времени Δ t входное напряжение уменьшается до значе
ния U< U(рис. 6.4, г), вследствие чего полярность напряжения Δ U изменяется на обратную.
Через входы усилителя DA потечет ток обратного направления по цепи:
"+" 6,3 В -верхняя часть RР1-R5- вход 10 - вход 9 - VD4 - корпус.
На выходе усилителя DA напряжение скачком изменится от U до U (рис. 6.4, д).
При этом включается реле КV1, замыкающее свои контакты в цепи независимого расцепителя АВ питания с берега, который отключает береговую сеть от судна.
Диодный ограничитель напряжения на диоде VD4 предназначен для ограничения напряжения на входе 9 до безопасного значения при токах перегрузки и КЗ в цепи фидера питания с берега.
При номинальном токе фидера ток через VD4 не протекает, так как прямое напря-
жение на диоде меньше порогового, при котором диод открыт.
При увеличении тока в цепи фидера увеличивается выпрямленное диодами VD1-VDЗ напржение, вследствие чего напряжение на R4 становится больше порогового. Через резистор R4 и открытый диод протекает ток, создающий на VD4 практически неизменное напряжение. Последнее объясняется тем, что при увеличении выпрямленного напряжения одновременно возрастает падение напряжения на R4.
Входящие в состав СУ СЭЭС "Ижора" и "Ижора-М" устройства защиты от обрыва фазы и сигнализации о снижении напряжения типа ЗОФН недостаточно надежны в эксплу
атации и требуют доработки.
3.3. Избирательность ( селективность ) защиты электрических сетей
Это свойство защиты состоит в отключении в кратчайшее время поврежденного участка сети с сохранением бесперебойного снабжения электроэнергией остальных.
Рис. 6.5. Избирательная защита участков электрической сети: « принципиальная схема; б временная диаграмма
Пусть работу приемников электроэнергии обеспечивает генератор G2, а генератор G1 отключен (рис. 6.5, а). Включены АВ: генератора QF4, секционный QF3, распредели-
тельного щита QF2 и отдельного приемника QF1.
Точками К1-К4 обозначены возможные места (ступени) КЗ.
При КЗ на любой из ступеней должен отключиться только один из перечисленных АВ.
Избирательность ( селективность ) защиты сети можно получить настройкой ЗУ по времени отключения или току срабатывания.
Избирательность защиты по времени отключения достигается при выполнении условия
t< t < …t ( 6.13 ),
где t, t, …, t время отключения АВ на соответствующем участке сети.
Таким образом, быстрее остальных должен отключаться АВ, наиболее удаленный от генератора.
Например, при КЗ в точке К1 первым должен отключиться выключатель QF1 (рис. 9.5, б). Нарушение этого условия приводит к необоснованному отключению неповрежден-
ных участков сети и затрудняет поиск поврежденного участка.
Избирательность защиты по времени невозможно обеспечить при помощи устано-
вочных АВ, отключающих токи КЗ практически мгновенно, так как собственное время срабатывания всех аппаратов этого типа примерно одинаково и не регулируется.
Поэтому установочные АВ применяют для защиты наиболее удаленных от генера
торов участков электрической сети (в основном фидеров с приемниками электроэнергии).
Создать систему избирательной защиты по времени позволяют селективные АВ типов АМ и АМ-М, снабженные замедлителями расцепления с такими уставками на сраба
тывание в зоне токов КЗ: 0,18; 0,38; 0,63 и 1,0 с.
Указанные уставки обеспечивают возможность построения 5-ступенной системы защиты по времени при условии, что на последней ступени применен установочный АВ с собственным временем срабатывания t< 0,03 с.
Избирательность по времени можно получить при помощи предохранителей. Для этого необходимо, чтобы номинальные токи плавких вставок предохранителей на защи-
щенных смежных участках сети отличались не менее чем на 3-4 ступени применяемого ро
да номинальных токов: 6, 10, 15, 20, 25, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 300, 350, 430, 500 и 600 А.
Избирательность защиты по. току срабатывания достигается при выполнении условия
i< i< … i ( 6.14 ),
где i, i … i- токи срабатывания ( отключения ) ЗУ на отдельных участках сети.
Таким образом, ток отключения ЗУ должен уменьшаться по ступеням защиты в направлении от источника электроэнергии к приемникам.
Однако практически добиться полной избирательности по току не всегда возможно вследствие того, что токи КЗ отдельных участков электрической сети могут достигать зна-
чений, при которых происходит одновременное отключение АВ на двух-трех защищае-
мых смежных участках.
Основные понятия
Под сопротивлением изоляции понимают способность изолирующей оболочки ка-
беля или провода противодействовать протеканию через нее электрического тока.
В качестве материалов этих оболочек используются различные видал резины бу-
тиловая и силиконная, а также лакоткани, асбестоткани, лакостскло, поливинил, кремний-
органические материалы. Они отличаются друг от друга упругостью оболочек и тепло-
стойкостью.
В идеальном случае ток через оболочку кабеля или провода не должен протекать.
Однако судовые кабеля и провода работают в неблагоприятных условиях, в резуль-
тате чего в процессе эксплуатации сопротивление их изоляции понижается.
К основным таким условиям относятся:
1. повышенная влажность и наличие солей в воздухе, вследствие чего молекулы со-
соленой солей проникают через оболочку вплоть до токонесущих жил;
2. тепловое старение изоляции, вызванное нагревом изоляции теплом, выделяю-
щимся в жилах кабелей или проводов при протекании тока. На поверхности изоляции и в ее глубине образуются трещины, через которые соленая вода проникает внутрь оболочки;
3. механические воздействия на оболочки кабелей и проводов вследствие вибра-
ции и ударов, повреждающие не только наружную часть оболочки, но и ее внутренние части;
4. загрязнение оболочек кабелей и проводов маслами и нефтепродуктами, разъеда-
ющими эти оболочки. Нередко в составе этих веществ содержатся частички металлов, что
приводит к образованию т.н. токоведущих мостиков между наружной частью оболочки и жилами.
Понижение сопротивления изоляции опасно по двум причинам:
рядом расположенных проводников с током, что приводит к образованию цепей коротко
го замыкания.
Поэтому на судах вопросам контроля сопротивления изоляции и поддержания ее на необходимом уровне придается особенное значение.
В частности, лица вахтенной службы должны не менее одного раза за вахту проверять величину сопротивления изоляции судовой сети при помощи щитового мегаомметра.
Кроме того, не менее одного раза в месяц электромеханик обязан измерить сопро-
тивление изоляции отключенных от сети приемников электроэнергии при помощи пере-
ного мегаомметра. с обязательной записью результатов измерений в специальный «Жур-
нал замеров сопротивления изоляции», который после выполнения измерений представ-
ляется на подпись старшему механику судна.
Морские нормативные документы Правила Регистра, Правила технической экс-
плуатации устанавливают предельные ( минимальные ) значения сопротивления изоляции судового электрооборудования, ниже которых эксплуатировать электрооборудование нельзя ( таблица 6.3 ).
Таблица 6.3.
Нормы сопротивления изоляции
Электрооборудование |
Сопротивление изоляции в нагретом состоянии, МОм |
|
нормальное |
минимально допустимое |
|
Электрические машины |
0,7 |
0,2 |
Магнитные станции, пусковые устройства |
0,5 |
0,2 |
Щиты (главные, аварийные, распределительные), пуль- ты управления (при отключенных внешних цепях, сиг- нальных лампах указателей заземления, вольтметрах и др.) напряжением, В: до 100 101-500 |
0,3 1,0 |
0,06 0,2 |
Аккумуляторные батареи (при отключенных приемниках) напряжением, В: до 24 25-220 |
0,1 0,5 |
0,02 0,1 |
Фидер кабельной сети напряжением, В: освещения: до 100 101-220 силовой 100-500 |
0,3 0,5 1,0 |
0,06 0,2 0,2 |
Цепи управления, сигнализации и контроля напряжением, В: до 100 101-500 |
0,3 1,0 |
0,06 0,2 |
4.2. Сопротивление изоляции кабелей и проводов. Виды изоляции.
Изолирующие оболочки кабелей и проводов не являются идеальными диэлектриками. Это означает, что через оболочку любого провода протекает ток утечки I, источни-
ком которого является генератор СЭС или любой другой источник электроэнергии.
Сопротивление оболочки провода протеканию упомянутого тока называется сопро-
тивлением изоляции
R= ( 6.15 ),
где U - напряжение источника электроэнергии.
Рис. 6.6. Схемы электрических сетей постоянного (в) и переменного (б) тока с различными видами сопротивления изоляции
Различают 2 вида сопротивления изоляции ( рис. 6.6, а ):
1. отдельного провода относительно корпуса r ( r);
2. между токоведущими жилами r .
Поэтому ток утечки Iимеет 2 составляющие:
I' = U / ( r+ r) ( 6.16 )
и
I''= U / (r ) ( 6.17 ),
причем
I= I'+ I'' ( 6.18 ) .
В сетях переменного тока ток утечки имеет активную и емкостную составляющие.
Наличие последней объясняется тем, что жила и корпус судна образуют своеобразные об
кладки конденсатора, между которыми заключен диэлектрик - оболочка кабеля.
Поэтому полное сопротивление Z изоляции провода относительно корпуса образо-
вано параллельно соединенными активным r и емкостным x сопротивлениями (рис. 6.6, б).
Токи утечки каждого элемента длины кабеля, замыкаясь через источник, образуют параллельные ветви. Поэтому чем длиннее линия, тем больше параллельных ветвей для указанных токов и тем меньше сопротивление изоляции линии.
Токи утечки создаются не только линиями электропередачи, но также источниками и приемниками электроэнергии через сопротивление изоляции обмоток электрических машин.
Поэтому одновременное включение большого числа приемников, каждый из кото-
рых имеет достаточно высокое сопротивление изоляции, может привести к значительному снижению сопротивления изоляции судовой сети.
Токи утечки, помимо тока жилы, вызывают дополнительный нагрев изоляции и ускоряют ее старение. Поэтому нагрев изоляции токоведущих жил кабелей и проводов не должен превышать пределов температур (ºС), допускаемых классом изоляции ( таблица 6.2 ).
Таблица 6.2 .
Предельная температура изоляционных оболочек
Буквенное обозначение класса изоляции |
Предельная температура оболочки |
А |
105 |
Е |
120 |
В |
130 |
F |
155 |
Н |
180 |
С |
> 180 |
Систематический контроль сопротивления изоляции может проводиться как при снятом напряжении, так и при его наличии на электрооборудовании.
5. Измерение сопротивления изоляции
5.1. Измерение сопротивления изоляции СЭС, не находящегося под напряже-
нием
На судах для измерения сопротивления изоляции обесточенного СЭО применяют специальные электроизмерительные приборы - переносные мегаомметры типов М1101, М1102, БМ-1 и БМ-2.
Принцип действия этих приборов заключается в искусственном создании и последу
ющем измерении тока утечки, значение которого зависит от сопротивления изоляции. Поэтому мегаомметры имеют источник утечки (источник питания) и измеритель-
ное устройство со шкалой, проградуированной в килоомах или мегаомах.
5.2. Индукторный мегаомметр типа М1101
Индукторный мегаомметр типа М1101 изображен на рис. 6.7
Рис. 6.7. Индукторный мегаомметр М1101:
а - принципиальная схема; б, в - схемы замещения при измерении сопротивления изоляции в положениях соответственно ".МОм" и "кОм"; г - шкала
Индукторный мегаомметр типа М1101 (рис. 6.7, а) снабжен встроенным генерато-
ром (индуктором) переменного тока G с ручным приводом.
Напряжение генератора, выпрямляемое несимметричной мостовой схемой на дио-
дах VD1, VD2, конденсаторах С1, С2, подается на измерительное устройство ИУ логомет-
рического типа с рабочей 1-1 и противодействующей 2-2 рамками.
Обе рамки и укрепленная с ними на одной оси стрелка образуют подвижную систе
му, поворачивающуюся внутри поля постоянного магнита N S.
Вращающиеся моменты обоих рамок направлены противоположно, причем по часо
вой стрелке у противодействующей рамки.
На лицевой части прибора имеются зажимы 3 (земля), Л (линия), Э (экран) и пере
ключатель S1 с двумя положениями: «МОм» и «кОм». Провод, идущий изнутри прибора к зажиму Л, экранирован, причем экранирующая оболочка соединена с зажимом Э.
На схеме переключатель S1 находится в положении «МОм». При вращении рукоят
ки генератора G образуются 2 параллельные ветви (рис. 6.7, б) с токами
I= U / ( R+ R + R ) и I= U / ( R+ R + R + R ) ( 6.19 ),
где Rи R- сопротивления соответственно измерительной и противодейству
ющей рамок.
В ветви с током I сопротивления R и Rсоединены последовательно.
Из соотношений, приведенных для токов I и I, следует, что с уменьшением R ток I не изменяется, а ток I увеличивается.
Поэтому угол поворота подвижной части прибора α = k I/ I увеличивается и при R = 0 становится наибольшим, а стрелка прибора устанавливается в крайнее правое по
ложение напротив отметки "0" верхней шкалы (рис. 6.7, г).
Если переключатель S1 перевести в положение «кОм», измеряемое сопротивление R относительно участка цепи с измерительной рамкой 2-2 подключается параллельно (рис. 6.7, в) и при R = 0 замыкает рамку накоротко. Вращающий момент измерительной рамки уменьшается до нуля, стрелка прибора под действием вращающего момента рабо-
чей рамки поворачивается против часовой стрелки и устанавливается напротив отметки "0" нижней шкалы.
5.3. Безындукторный мегаомметр типа БМ-1
Безындукторный мегаомметр типа БМ-1 (рис. 6.8) более удобен в эксплуатации, так как вместо генератора с ручным приводом источником питания в нем служит батарея GВ из трех сухих элементов общим напряжением 4,8 В.
Рис. 6.8. Принципиальная схема безындукторного мегаомметра БМ-1
При нажатии кнопки SВ, вмонтированной в один из двух щупов прибора, питание от батареи подается на мультивибратор, собранный на транзисторах VТ1 и VТ2, резисто-
рах R2-R6 и конденсаторах С1, С2.
Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямо
угольной формы. После нажатия кнопки SВ мультивибратор включается и далее работает автоматически, генерируя прямоугольные импульсы.
Эти импульсы через транзисторы VТЗ и VТ4, работающие в ключевом режиме, по-
даются поочередно на одинаковые половины wи w первичной обмотки трансформато-
ра ТV.
При этом через коллектор - эмиттер транзистора VТЗ (VТ4), половину обмотки
w( w ) первичной обмотки и контакты кнопки SВ протекает пульсирующий ток i
( i ).
В результате во вторичной обмотке wиндуцируется переменная ЭДС, поступаю-
щая на умножитель напряжения на конденсаторах СЗ-С5 и диодах VDЗ-VD6.
Умножитель напряжения одновременно выполняет функцию выпрямителя, поэто-
му в измерительной цепи протекает выпрямленный ток i.
В состав этой цепи входят резисторы R7-R10, переключатель SА пределов измере-
ния сопротивлений, микроамперметр РR, шкала которого проградуирована в мегаомах, и измеряемое сопротивление R.
Переменные резисторы служат: R1 - для установки стрелки прибора на нулевую отметку (до начала измерений); R6 - для получения необходимого значения тока базы транзисторов VТ1 и VТ2. Диоды VD1 и VD2 обеспечивают температурную стабилизацию режима работы этих транзисторов.
5.4. Правила измерения сопротивления изоляции
Правила измерения сопротивления изоляции заключаются в следующем. Сначала проверяют исправность мегаомметра, для чего соединяют накоротко зажимы «Л» ( «ли-
ния» ) и «З»( «земля», т.е. корпус ) и, вращая рукоятку, убеждаются в установке стрелки прибора на нулевую отметку.
Затем отключают напряжение с объекта измерения, после чего обязательно проверя
ют отсутствие напряжения исправным индикатором.
Отсчет сопротивления изоляции следует проводить через 1 мин после приложения рабочего напряжения мегаомметра.
Считается, что по истечении этого времени закончится заряд емкостей объектов из-
мерений -электрических сетей или машин, и токи утечки через емкости, создающие по-
грешности измерений, уменьшатся до нуля.
После окончания измерений необходимо снять с сети заряд кратковременным за-
землением жил или их соединением между, собой. Это позволит избежать поражения человека электрическим током при случайном прикосновении к жилам.
5.5. Измерение сопротивления изоляции кабелей и проводов
Для измерения сопротивления изоляции линии относительно корпуса мегаом-
метр включают между корпусом судна и поочередно каждой жилой кабеля (источники то-
ка и приемники должны быть отключены). При этом измеряют не истинное, а эквивален-
тное сопротивление изоляции, которое всегда меньше истинного.
Рис. 6.9. Схемы измерения сопротивления изоляции и замещения при измерении относительно корпуса (а, б) и между жилами (в, г)
Например, в 2-проводной линии (рис. 6.9, а) эквивалентное сопротивление изоля-
ции провода 1 относительно корпуса образовано двумя параллельными ветвями (рис. 6.9, б). Поэтому измеряется не сопротивление rпровода 1 относительно корпуса, а эквива-
лентное сопротивление
R= r( r + r ) / ( r + r + r ) < r ( 6.20 )
.
Для измерения сопротивления изоляции между проводами линии мегаомметр вклю
чают поочередно между парами проводов.
В 2-проводной линии (рис. 6.9, в) эквивалентное сопротивление изоляции R обра
зовано двумя параллельными ветвями (рис. 9.9, г), поэтому
R = r ( r + r ) / ( r + r + r ) < r( 6.21 ).
При измерении относительно корпуса сопротивления изоляции кабеля с влажной или загрязненной поверхностью через рабочую рамку мегаомметра протекает дополни-
тельно поверхностный ток утечки.
Для исключения влияния последнего на изолирующую оболочку кабеля накладыва
ют несколько витков проволоки, соединяя их с зажимом Э (рис. 6.10).
Рис. 6.10. Схема измерения сопротивления изоляции кабеля с влажной
или загрязненной поверхностью
Во всех случаях измерения сопротивления изоляции жилы относительно корпуса к жиле присоединяют отрицательный полюс мегаомметра (зажим Л «линия»), а к корпусу - положительный (зажим З «земля», т.е. корпус судна ).
При нарушении этого правила в месте присоединения вывода мегаомметра к жиле возникает явление электролиза, приводящее к увеличению в указанном месте переходного сопротивления и вносящее погрешность в результате измерения.
Измерение сопротивления изоляции обмоток электрических машин и трансфор-
маторов проводится так же, как и линий электропередачи. Последние должны быть отключены, а сопротивление изоляции каждой обмотки необходимо измерять отдельно.
5.6. Типы переносных мегаомметров
Выходное напряжение мегаомметров должно соответствовать напряжению измеря-
емой сети. Если напряжение мегаомметра значительно больше напряжения сети, возмо-
жен пробой изоляции при измерениях, если меньше, измеренное прибором сопротивление изоляции будет больше действительного.
Поэтому выпускают мегаомметры пяти модификаций, отличающихся выходными напряжениями и наибольшими значениями измеряемого сопротивления (табл. 6.4).
Таблица 6.4.
Номинальные данные мегаомметров для измерения изоляции электрических сетей
с различным напряжением
Напряжение сети, В |
Выходное напряжение прибора, В |
Верхний предел измерения, МОм |
24 |
100 |
100 |
110-250 |
250 |
300 |
400 |
500 |
500 |
1000 |
1000 |
1000 |
> 1000 |
2500 |
3000 |
5.7. Измерение сопротивления изоляции СЭО, находящегося под напряжением
Сопротивление изоляции электрических сетей, находящихся под напряжением, из
меряют с включенными приемниками посредством щитовых вольтметров и мегаоммет-
ров.
Рис. 6.11. Схемы измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного (а) и переменного (б, в) тока
В сетях постоянного тока (рис. 6.11, а) на ГРЩ устанавливают вольтметр РV с известным внутренним сопротивлением R > 100 кОм.
При помощи 2-полюсного переключателя S проводят 3 измерения напряжения: в положении 1 измеряют напряжение U судовой сети, в положении 2 - напряжение U меж-
ду положительной шиной и корпусом, в положении 3 напряжение U между отрица-
тельной шиной и корпусом.
Эквивалентное сопротивление изоляции сети относительно корпуса рассчитывают
по формуле
r= R( - 1 ) ( 6.22 ).
Иногда этот метод называют «метод 3-х отсчетов».
В сетях переменного тока (рис. 6.11, б) используют схему с тремя вольтметрами РV1-РVЗ, соединенными в "звезду" (нулевая точка заземлена).
Если сопротивление изоляции каждого провода одно и то же, т.е. r= r = r, то при нажатии на кнопку S показания вольтметров будут одинаковыми и равными фазному напряжению.
При уменьшении сопротивления изоляции показания вольтметра, соединенного с поврежденным проводом, уменьшаются, а двух других увеличиваются.
Например, при замыкании провода 1 на корпус (r = 0) показания вольтметра РV1 уменьшатся до нуля, так как указанный вольтметр замкнут накоротко параллельно вклю-
xенным r, а вольтметры РV2 и РVЗ покажут линейные напряжения.
Недостаток схемы состоит в том, что при равномерном уменьшении сопротивления изоляции всех трех проводов показания вольтметров не будут изменяться.
Кроме того, схема не позволяет определить значение сопротивления изоляции про
водов непосредственно в единицах сопротивления ( т.е. в кОм или МОм ).
Последнего недостатка лишены схемы, в которых применяют щитовые мегаоммет-
ры разных типов.
В основу работы этих приборов положен метод наложения постоянного тока на сеть переменного тока.
В схеме, показанной на рис. 6.11, в, для получения постоянного тока используется непосредственно сеть переменного тока, напряжение которой выпрямляется диодами VD.
Для ограничения токов утечки Iпоследовательно с диодами включены резисто
ры R. В качестве измерительного прибора использован миллиамперметр РR постоянного тока, шкала которого проградуирована в килоомах.
5.8. Автоматизированные методы контроля сопротивления изоляции
Для автоматизированного контроля сопротивления изоляции электрических сетей применяют разные методы, однако наибольшее распространение получил метод наложе
ния постоянного тока на контролируемую сеть переменного тока. Этот метод использован в блоке контроля изоляции типа БКИ-2, входящем в СУ СЭЭС "Ижора-М".
Этот блок предназначен для непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции двух электрически не связанных сетей напряжением до 400 В как под напряжением, так и при обесточивании. Такими сетями обычно являются силовая напряжением 380 В и освещения напряжением 220 В, поэтому блок БКИ-2 имеет 2 одинаковых по устройству канала.
Рис. 6.12. Принципиальная схема канала контроля силовой сети напряжением 380 В блока контроля изоляции БКИ-2
Канал контроля силовой сети 380 В (рис. 6.12) питается от указанной сети, напряже
ние которой понижается до 220 В при помощи трансформатора напряжения ТV1, а затем до 150 и 27 В соответственно трансформаторами ТV2 и ТVЗ.
Напряжение 150 В предназначено для создания тока утечки I через измеряемое сопротивление изоляции, поэтому выпрямляется при помощи выпрямителя UZ2.
Для стабилизации напряжения и тем самым исключения ложных срабатываний блока в схеме использован параметрический стабилизатор напряжения на стабилитронах VD11-VD12 и резисторе R2. Конденсатор С2 выполняет функцию фильтра.
Стабилизированное напряжение 150 В подается на измерительную цепь, которая включает в себя резисторы R22-R25 уставок сопротивления изоляции, резисторы RЗ-R8, переключатель уставок SА1 и фильтрующие конденсаторы СЗ, С4.
Напряжение 27 В предназначено для питания исполнительной части блока, постро
енной на транзисторах VТ1-VТ4 и реле напряжения КV. При этом на участке схемы с тран
зисторами VТ1-VТЗ используется стабилизированное, а на участке с VТ4 нестабилизиро
ванное напряжение.
Транзисторы VТ2 и VТЗ образуют пороговый элемент - триггер Шмитта.
Переключатель SА1 имеет 4 положения, соответствующие четырем значениям (уставкам) сопротивления изоляции контролируемой сети: 200, 100, 50 и 25 кОм.
Кнопка SА2 служит для проверки исправности блока.
Электрическая сеть с включенными в нее источниками и приемниками электроэнер
гии имеет определенные значения эквивалентного сопротивления изоляции относительно корпуса (r, r , r) и эквивалентного активного сопротивления ( RR R ).
На практике 2-е из названных сопротивлений значительно меньше 1-го, поэтому можно принять R= R= R = 0, что равнозначно соединению между собой прово-
дов 1,2,3.
Тогда резисторы r, r , r окажутся соединенными параллельно, и при r=
= r= r = r эквивалентное сопротивление изоляции электрической сети r= r /3.
Иначе говоря, при заданном равенстве сопротивлений проводов 1, 2, 3 относитель
но корпуса, т.е. при r= r= rэквивалентное сопротивление сети будет в 3 раза мень-
ше.
Работа канала
Канал работает следующим образом.
При включении блока под действием напряжения 150 В образуется цепь тока утечки:
"+" UZ2 -контакт 1 переключателя SА1-R22-R6-R5 - контакт 2 переключателя SА1-R8 - корпус - параллельно соединенные r, r, r - провод 3 -контакты 3,1 кнопки SА2-R2 - "-" UZ2.
Ток утечки создает на участке (R22 + R6) измерительной цепи напряжение U, которое подается на эмиттерный повторитель на транзисторе VТ1, образующий вход ис-
полнительной части блока.
Повторитель имеет большое входное сопротивление. Это позволяет исключить шунтирующее действие элементов исполнительной цепи на упомянутый участок измери-
тельной цепи и тем самым избежать ложных срабатываний блока.
При сопротивлении изоляции сети, большем заданного переключателем SА1 сопро-
тивления уставки, ток утечки невелик, поэтому напряжение Uнедостаточно для пробоя стабилитрона VD13. Поэтому ток через резистор R14 и падение напряжения на нем равны нулю, закрыт транзистор VТ2 и открыт VТЗ. Последний шунтирует вход транзистора VТ4, поэтому VТ4 закрыт, катушка реле КV обесточена.
При снижении сопротивления изоляции сети до значения, меньшего уставки, ток
утечки I увеличивается до значения, при котором U становится достаточным для пробоя VD13.
Последний пробивается, при этом образуется цепь тока базы транзистора VТ1:
"+" UZ2 - R13 - база - эмиттер транзистора VТ1- VD13-R14-R5 - контакт 2 переклю-
чателя SА1-R8 - корпус -параллельно соединенные r, r, r - провод 3 - контакты 3, 1 кнопки SА2-К2- "-" UZ2.
Транзистор VТ1 открывается, вследствие чего через R1, коллектор-эмиттер транзи-
стора VТ1, VD13, R14 потечет ток, создавая на R14 напряжение, опрокидывающее триггер Шмитта на транзисторах VТ2, VТЗ.
Напряжение на выходе закрытого VТЗ увеличивается до напряжения пробоя стаби-
литрона VD14, поэтому через R19 и R21 потечет ток и падение напряжения на R21 станет достаточным для отпирания транзистора VТ4.
При этом получит питание реле КV, включающее цепи сигнализации.
Для контроля исправности блока нажимают 2-полюсную кнопку SА2, через контак-
ты 1, 2 которой в измерительную цепь вместо r, r, r вводится резистор R7, имитиру
ющий снижение сопротивления изоляции сети.
Если блок исправен, включается реле КV и одновременно загорается сигнальная лампочка HL, цепь которой образована контактами 4,5 кнопки SА2.
Для определения поврежденного элемента сети на ГРЩ поочередно отключают фи-
деры (если это возможно по условиям эксплуатации) до тех пор, пока не будет обнаружен фидер, отключение которого привело к восстановлению сопротивления изоляции.
Дальнейший поиск проводится, как правило, на обесточенном СЭО при помощи переносного мегаомметра и отнимает немало времени.
5.9. Автоматическая система диагностирования изоляции
Разработанная в последнее время система диагностирования изоляции сводит к ми
нимуму время поиска поврежденного участка или элемента электрической сети. В состав системы входят 4 блока (рис. 6.13).
Рис. 6.13. Структурная схема автоматической системы диагностирования изоляции СЭЭС
Функциональный блок БФ совмещает функции источника питания остальных бло-
ков системы и блока формирования контрольных напряжений с последующей выдачей их в судовую сеть и на обесточенные элементы СЭЭС. Кроме того, это блок выдает в измери
тельный блок БИ напряжения, пропорциональные токам утечки всей СЭЭС и ее отдель-
ных элементов.
В блоке БИ указанные напряжения преобразовываются и измеряются. С выхода этого блока напряжения, пропорциональные активным сопротивлениям изоляции всей СЭЭС и ее отдельных элементов, поступают на вход контролирующего блока БК, в кото-
ром сравниваются с напряжениями уставок.
При снижении сопротивления изоляции до недопустимого уровня блок БК разреша
ет работу выходного блока БВ.
Последний включает сигнализацию, указывает номер элемента СЭЭС с дефектом изоляции и регистрирует результаты контроля.
Описанная система позволяет автоматизировать отключение элементов СЭЭС с по
ниженной изоляцией и одновременное включение резервных. Ее применение в качестве подсистемы управления СЭЭС дает возможность практически бесперебойно снабжать электроэнергией СТС, и в первую очередь средства, обеспечивающие безопасность плавания.
6.1. Основные сведения
Электрические машины подвергаются сушке после пропитки и в том случае, если они были залиты пресной водой или отсырели.
Перед сушкой машину необходимо тщательно очистить и продуть воздухом. Очень отсыревшие или обильно залитые пресной водой машины следует вначале сушить мето-
дом внешнего нагревания ( cм. ниже, п. 28 «Сушка внешним нагреванием» )
Электрическим током следует сушить только те машины, в которых сопротивление изоляции составляет не менее 0,01 МОм (если оно меньше, может произойти пробой изо-
ляции). При сушке током корпус машины должен быть надежно заземлен.
При низком сопротивлении изоляции особую опасность представляет сушка посто-
янным током, так как при этом наблюдается явление электролиза.
При любых способах сушки нагревание не должно производиться быстро во избе-
жание местных перегревов, вызывающих механические напряжения в изоляции, интенсив
ное парообразование, повышение давления внутри изоляции и ускоренное ее старение.
Типовые кривые изменения сопротивления изоляции и температуры во время сушки показаны на рис. 6.14.
Рис. 6.14. Кривые изменения сопротивления изоляции ( 1 ) и температуры ( 2 )
при сушке обмоток
Сопротивление изоляции обмоток электрических машин снижается в начальный период сушки, а в дальнейшем возрастает и становится постоянным. Сушку прекращают после того, как сопротивление изоляции при постоянной температуре будет практически неизменным в течение 2 - 3 ч. В исключительных случаях сушка машины может быть прекращена, когда сопротивление изоляции достигло значения 0,5 МОм.
Отсыревшие машины после сушки рекомендуется пропитать электроизоляционны-
ми лаками и покрыть эмалью.
Сушку после пропитки и покрытия осуществляют в соответствии с температурны-
ми режимами, указанными для данных лаков и эмалей.
При длительной сушке электрических машин температура шарикоподшипников не должна превышать 80 "С.
Не разрешается форсировать сушку превышением наибольших допустимых темпе
ратур или более быстрым повышением температуры в начале сушки. В начале сушки тем
пературу и сопротивление изоляции измеряют через каждые 15 - 30 мин, а после достиже
ния установившейся температуры - через 1 ч.
6.2. Способы сушки электрических машин
Различают 5 видов сушки электрических машин:
6.3. Сушка синхронных генераторов методом короткого замыкания
При этом способе фазные обмотки статора генератора замыкаются накоротко через
амперметры рА ( рис. 6.15 ).
Рис. 6.15. Схема сушки синхронных генераторов током короткого замыкания
Для сушки вращают ротор генератора при помощи дизеля ( турбины ) и одновре-
менно подают в обмотку возбуждения ток возбуждения I.
При этом в обмотке статора индуктируется ЭДС
Е = с* ω*Ф,
где с конструктивный коэффициент машины ( величина постоянная );
ω угловая скорость вала;
Ф магнитный поток обмотки возбуждения.
По закону Ома, ток обмотки статора прямо пропорционален ЭДС Е.
Необходимое значение тока сушки, равное 0,5…0,8 номинального, устанавливают
изменением тока возбуждения I( т.е. магнитного потока Ф ) при помощи реостата R, а при необходимости, дополнительно изменением угловой скорости вала ω.
Температуру нагрева обмотки проверяют, измеряя температуру нагрева проволоч-
ных бандажей лобовых частей обмотки она не должна превышать 100°С
6.4. Сушка методом индукционного нагрева
Этот метод основан на использовании явления электромагнитной индукции.
На статор (станину) электрической машины наматывают специальную намагничивающую обмотку, через которую пропускают переменный ток (рис. 6.16 ).
Рис. 6.16. Схема сушки электрических машин методом индукционного нагрева
Ротор машины должен быть удален.
Переменный магнитный поток индуктирует в железе сердечника статора токи Фу
Ко ( вихревые токи ), вызывающие нагрев сердечника. Тепло от сердечника передается обмоткам статора.
Для повышения экономичности сушки рекомендуется утеплить статор (станину) брезентом.
Температура обмоток регулируется периодическим включением и отключением намагничивающей обмотки.
6.5. Сушка обмоток электрических машин постоянным или однофазным пере-менным током
Для сушки асинхронного двигателя посторонним источником постоянного или однофазного переменного тока используют схемы на рис. 6.17.
.
Рис. 6.17. Схемы соединения 3-фазных обмоток при сушке асинхронного двигателя источником постоянного тока ( а ) или однофазного переменного тока ( б )
Сушка постоянным током применяется, если начала и концы обмоток фаз статора выведены в коробку электродвигателя. При этом ток пропускается последовательно через обмотки всех фаз (рис. 6.17, а).
Включение и выключение источника постоянного тока во избежание пробоя изоля
ции обмоток должно производиться только через реостат. Интенсивность сушки регулиру
ется изменением тока или периодическим отключением его.
Сушка переменным применяется, если соединения между обмотками фаз двигателя выполнены внутри него и на щиток коробки выводов выведены только три конца
В этом случае ток подается попеременно на каждую пару выводок с переключении
ем через каждый час и перестановкой перемычки (рис. 6.17, б и в).
При этом ток пропускается, как указано на рис. 6.17, б (при соединении обмоток треугольником) и 6.17, в (при соединении обмоток звездой).
Значение тока сушки устанавливают равным 0,5 - 0,7 номинального значения тока электродвигателя. При однофазном токе значение напряжения, подводимого к электродви
гатели, должно составлять 0,2 - 0,1 номинального значения напряжения электродвигателя.
Ротор электродвигателя должен быть неподвижен.
6.6. Сушка электрических машин внешним нагреванием
Способ рекомендуется для всех машин и обязателен при сушке сильно отсыревших машин. В этом случае в качестве источника теплоты применяются воздуходувки, электро
нагревательные элементы и лампы накаливания.
В последнем случае очень эффективен метод сушки инфракрасным облучением при помощи специальных сушильных ламп; этот метод ускоряет процесс сушки и позво-
ляет вести ее при более низких температурах, не ухудшая диэлектрических и механиче
ских свойств изоляционных материалов. При этом происходит непосредственная передача лучистой энергии обмоткам.
Специальные сушильные лампы в отличие от обычных имеют меньшую температу
ру накала, что увеличивает срок их службы до 10 000 ч. Эти лампы выпускаются промышленностью мощностью 200, 500 и 1000 Вт и снабжаются рефлектором с хорошей отражательной способностью, обеспечивающим более полное использование лучистого потока и равномернее распределение его.
Наиболее удобно сушить электрическую машину внешним нагреванием в закры-
том ящике. В судовых условиях не всегда возможно изготовить ящик, поэтому в процессе сушки ограничиваются укрытием машины брезентом, не допуская сближения брезента с горячими деталями.
При сушке внешним нагревом температура ближайших к источнику теплоты ча-
стей машины не должна быть более 100 °С.
6.7. Сушка электрических машин на основе электрокинетического эффекта
Сущность электрокинетического эффекта (электроосмоса) заключается в следую-
щем: если увлажненный диэлектрик поместить в постоянное электрическое поле между двумя электродами, то влага в капиллярах будет перемещаться от положительного полюса к отрицательному.
Это объясняется тем, что под действием электрических сил свободные ионы водо-
рода, связанные с молекулами воды, перемещаются и направлении поля.
Достигнув катода - корпуса машины, аппарата или арматуры, оболочки кабеля, по-
ложительные ионы разряжаются, образуя свободную воду, которая выделяется на корпу-
сах электрооборудования и оболочках кабелей.
Для создания требуемого электрического поля на токоведущие жилы подается поло
жительный потенциал, а на корпус - отрицательный.
При этом способе сушки используются выпускаемые промышленностью приборы типов ЭСКИ-М и УАКИ, в которых используется явление электроосмоса.
7. Защита от помех радиоприему
7.1. Источники помех
Такими источниками на судах могут быть эхолоты, гидролокаторы, а также ЭП, в состав которых входят статические преобразователи электроэнергии на тиристорах.
Все эти устройства потребляют из сети энергию в виде последовательных импуль-
сов, создающих вокруг устройств электромагнитные колебания высокой частоты.
Колебания помех попадают в радиоприемную аппаратуру как через наружные ан-
тенные устройства, так и по питающим кабелям судовой электросети.
Источниками помех радиоприему являются также искрящие щетки электрических машин. Они создают электромагнитные колебания практически неограниченного спектра частот, перекрывающего все диапазоны радиоприема.
Искрение возникает и при размыкании контактов выключателей и переключателей, контакторов, реле и других электромагнитных аппаратов.
7.2. Методы защиты от помех радиоприему
На судах нашли широкое применение следующие методы:
1. рациональный выбор мест установки электрических устройств и прокладки кабельных трасс;
2. применение шунтирующих цепочек, встроенных или приставных фильтров;
3. экранирование кабелей и проводов;
4. заземление СЭО.
Электрические устройства, создающие помехи радиоприемнику, должны располага
ться на возможно большем расстоянии от судовых средств радиосвязи в помещениях, металлические части конструкций которых являются естественным экраном.
Кабели эхолотов, гидролокаторов и других устройств, несущие импульсы большой силы тока, должны прокладываться в металлических трубах отдельно от других кабелей.
В электромагнитных аппаратах применяют шунтирующие цепочки С- и LC-типа (рис. 6. 18, а, б), включенные параллельно контактам аппаратов.
Встроенные фильтры, чаще всего С-типа, являются составной частью конструкции электрических устройств и обеспечивают их индивидуальную или групповую защиту.
Конденсаторы С1, С2 машин постоянного тока (рис. 6.18, в), располагаемые в ко-
робке выводов, являются средством индивидуальной защиты.
Групповую защиту осуществляют конденсаторы, встраиваемые внутрь корпусов РЩ.
Приставные фильтры типов ФЕ и ФИЕ ( рис. 6. 18, г, д) выпускают в виде закон-
ченных изделий в корпусе брызгозащищенного исполнения. Буквы в типе фильтров обозначают: Ф - фильтр, Е - емкость, И -индуктивность.
Рис. 6. 18. Схемы защиты от помех радиоприему при помощи шунтирующих цепочек С-типа ( а ) и LС-типа (б), встроенных конденсаторов (в), приставных фильтров типа ФЕ (г) и ФИЕ (д), экранирования кабеля (е)
Фильтры применяют для подавления помех радиоприему в диапазоне 0,16-150 МГц в электрических сетях постоянного и переменного тока и включают в рассечку кабеля,
т. е. последовательно с линией электропередачи.
Выводы 1-1 соответствуют входу, выводы 2-2 - выходу фильтров.
Номинальные токи фильтров составляют 4, 10, 20 и 70 А. Основной характеристи
кой фильтра является эффективность, показывающая, во сколько раз фильтр снижает уро-
вень помех. Эффективность фильтров ФЕ и ФИЕ составляет 15-100 ед„ причем большей эффективностью обладают фильтры типа ФИЕ.
Экранирование кабелей и проводов проводят при помощи наружной металличе-
ской оболочки, которую обязательно заземляют, т. е. электрически соединяют с корпусом судна на обоих концах кабеля или провода (рис. 6. 18, е).
Эту оболочку по отношению к токоведущей жиле кабеля можно рассматривать как вторичную обмотку трансформатора, первичной обмоткой которого является жила.
Высокочастотная составляющая тока i жилы создает электромагнитное поле, ко-
торое пересекает экранирующую оболочку и наводит в ней вторичную ЭДС той же часто-
ты. Поэтому в короткозамкнутой цепи «экранирующая оболочка - корпус судна» протека-
ет ток i, который создает собственное высокочастотное электромагнитное поле, направ-
ленное навстречу электромагнитному полю тока жилы и практически компенсирующее его.
Заземленные металлические корпуса электрических машин, приборов, аппаратов и др. представляют собой естественные экраны.
Для снижения уровня помех наряду с заземлением оболочек кабелей добиваются непрерывности экранирования, т. е. электрического соединения оболочек кабелей не толь-
ко с корпусом судна, но и с заземленными металлическими корпусами и кожухами устройств.
Допустимые уровни напряжений электрических помех на зажимах электрических устройств - источников помех - устанавливаются Правилами Регистра.
Например, допустимый уровень помех частотой 1 МГц в районах ниже главной палубы составляет 3,9 мВ, выше главной палубы - 0,78 мВ, на палубе рулевой рубки - 0,07 мВ.
8. Техническая эксплуатация судовых электрических сетей
8.1. Особенности технической эксплуатации судовых электрических сетей
Техническую эксплуатацию электрических сетей регламентируют следующие основные руководящие документы (РД):
1. в обычной эксплуатационной обстановке - РДЗ 1.21.30-83 "Правила технической эксплуатации судовых технических средств";
2. при электроснабжении с берега во время стоянки в портах - РД 31.21.81 - 79 "Инструкция по электроснабжению судов от береговой сети";
3. при электроснабжении с берега во время стоянки на судостроительном или судоремонтном заводе - РД 31.83.03-67 "Правила по электробезопасности ремонтируемых и строящихся судов ".
На судах, помимо стационарных, могут применяться временные электрические сети.
Использование последних допускается в следующих случаях:
1. для подключения изотермических контейнеров и зерноперегружателей, подклю-
чения лихтеров и толкаемых составов;
2. электроснабжения судна от береговой сети во время стоянок в портах и на судоремонтных заводах;
3. в аварийных случаях.
Техническое обслуживание имеет целью поддержание исправного технического со-
стояния электрических сетей.
Все кабельные сети должны тщательно осматриваться не реже 1 раза в 6 мес. При этом проверяют: наличие и состояние защитных кожухов и состояние кабелей, уложенных в желобах и трубах; исправность защитных оболочек кабелей (в них не должно быть про-
жогов, разрывов и вмятин); нагрев кабелей; исправность заземлений металлических опле-
ток кабелей; отсутствие масла и топлива на кабелях; состояние окраски и антикоррозионных покрытий кабелей.
Одновременно проверяют прочность крепления перемычек и шин защитных зазем
лений. Переходное сопротивление между заземляющим винтом и оболочкой кабеля, измеренное омметром, не должно превышать 0,01 Ом.
Кабельные проходные коробки и групповые сальники необходимо проверять на герметичность всякий раз, когда возникает подозрение в нарушении их герметичности, и не реже 1 раза в 4 года.
Окраска кабелей, конструкций их крепления и кожухов на открытых палубах и в трюмах проводится не реже 1 раза в 4 года силами единой технической службы под руко-
водством боцмана.
Важнейшим эксплуатационным параметром электрических сетей является сопротивление изоляции, измерение которого должно проводиться не реже 1 раза в сутки при помощи щитового мегаомметра.
Независимо от этого необходимо не реже 1 раза в месяц измерять при помощи пере
носного мегаомметра сопротивление изоляции всего электрооборудования, включая ка-
бельные сети. Результаты измерений вносят в журнал технического состояния электрообо
рудования.
Ремонт электрических сетей чаще всего заключается в замене поврежденных уча-
стков кабельной трассы или их сращивании с одновременной установкой кабельной муф-
ты. В последнем случае необходимо разрешение Регистра .
8.2. Электробезопасность при обслуживании электрических сетей
Электробезопасность при обслуживании электрических сетей регламентируется Правилами техники безопасности, а также Правилами Регистра. В соответствии с послед-
ними, установлены следующие значения безопасного напряжения на судах:
1. 55 В между полюсами постоянного тока;
2. 55 В между фазами или между фазами и корпусом судна при переменном токе.
При этом под безопасным понимают напряжение, не представляющее опасности для обслуживающего персонала.
Степень поражения человека электрическим током зависит от ряда факторов, глав-
ными из которых считают силу тока, его род и частоту, продолжительность воздействия приложенного напряжения и др.
Смертельно опасной силой тока обычно считается 100 мА при частоте 50-60 Гц. Электрическое сопротивление человеческого организма при чистой и сухой поверхности кожи составляет десятки кОм, а при загрязненной и влажной коже уменьшается до 0,6-1,0 кОм.
Наибольшую опасность представляют также контакты с токоведущими частями, при которых ток проходит через важнейшие жизненные центры организма - сердце, лег-
кие, мозг.
Опасность поражения электрическим током во многом зависит от характера поме
щения, в котором находятся или работают люди.
В этом отношении судовые помещения делят на 3 категории:
1. помещения с повышенной опасностью, которым присуще одно из следующих условий: повышенная влажность (более 75 %); высокая температура (более 30 °С); токо-
проводящие палубы и настилы; возможность одновременного контакта человека с метал-
лическими корпусами электрооборудования и металлическими предметами, заземленными на корпус судна.
К таким помещениям относятся камбузы, провизионные кладовые, МКО и румпель
ные отделения.
2. помещения особо опасные, которым присущи одновременно 2 или более перечис
ленных выше условий, а также при наличии сырости (при относительной влажности до 100 %) или химически активной среды (едких паров, газов, жидкостей), способных разру-
шить изоляцию токоведущих частей.
К таким помещениям относятся коффердамы, танки, цистерны, прачечные, бани и др.
3. Помещения, не имеющие условий, создающих повышенную или особую опас-
ность.
Для надежного обеспечения электробезопасности на судах предусматривают целый комплекс мероприятий:
1. ограничение напряжения в главных цепях и цепях управления до 230 В постоян-
ного тока и 400 В переменного тока (кроме судов с ГЭУ), до 42 В для переносных инстру-
ментов, до 12 В для ручных переносных светильников.
2. ограничение выбора систем распределения электроэнергии.
На судах применяют 3-проводные системы с изолированной или компенсирован-
ной нейтралью.
При 1-фазном касании токоведущих частей в системе с изолированной нейтралью значение тока, протекающего через тело человека, меньше, чем в системах с заземленной нейтралью (оно определяется в основном электрической емкостью электросети относи-
тельно корпуса).
При компенсации нейтрали сила тока значительно уменьшается.
3. Использование СЭО в морском исполнении, а также надежную изоляцию и за-
крытие токоведущих частей.
4. Применение защитного заземления, т. е. электрического соединения с корпусом судна корпусов электрических машин, металлических частей кожухов, корпусов пускоре
гулирующей аппаратуры и распределительных устройств, светильников, измерительных приборов и др., работающих при напряжении свыше 12 В.
Человек, прикоснувшийся к заземленному корпусу электродвигателя М, оказавше-
муся под напряжением, окажется включенным параллельно замыкающей перемычке X
( рис. 6.19 ).
Рис. 6.19. Схема защитного заземления корпуса приемника электроэнергии
Сопротивление перемычки во много раз меньше сопротивления тела человека. Поэтому основная часть тока замыкания будет проходить через перемычку в виде тока I, а ток через тело человека I будет мал.
На схеме резисторами r, r, обозначено сопротивление изоляции проводов 1 и 2 относительно корпуса.
5. Использование защитных устройств, снимающих напряжение при проникнове-
нии человека в опасную зону; применение индивидуальных защитных средств и изолиро-
ванного инструмента, а также устройств защитного отключения и замыкания, компенсато
ров токов замыкания и др.
Для защиты от статического электричества используют материалы, имеющие удель
ное электрическое сопротивление не более 106 Ом*см, т. е. не являющиеся диэлектриче-
скими, и тщательно заземляют оборудование на корпус судна.
Перед началом работ с частичным или полным снятием напряжения электротехни-
ческий персонал обязан выполнить следующие мероприятия:
отсутствие напряжения на токоведущих частях заведомо исправным индикатором (при этом отсутствие напряжения должно быть проверено между фазами и на каждой фазе по отношению к заземленным частям);
ях, наложить переносные заземления;
4. вывесить плакат "Работать здесь".
При аварийных работах на неотключенных токоведущих частях необходимо:
1. работы выполнять только вдвоем (со страхующим).
2. токоведущие части, на которых не предусматриваются работы, оградить диэлектрическими матами и.др.;
3. работать в комбинезоне с рукавами, застегнутыми у кистей, в головном уборе, диэлектрических галошах или стоять на диэлектрическом коврике;
4. пользоваться электроинструментом с изолированными рукоятками.
8.3. Пожарная безопасность при обслуживании электрических сетей
Пожарная безопасность обеспечивается соблюдением ПТЭ СТС и правил техники безопасности.
Температура отдельных частей электрооборудования и оболочек кабелей и прово-
дов не должна превышать допустимую классом изоляции.
Необходим систематический контроль состояния сопротивления изоляции электро
оборудования и электрических сетей.
Категорически запрещается использовать бензин и другие легковоспламеняющиеся жидкости для протирания коллектора, щеток и других частей электрических машин, нахо-
дящихся под напряжением.
В коммутационно-защитных аппаратах должны быть исправные дугогасительные устройства.
Токи уставок расцепителей АВ и плавких вставок должны соответствовать расчет-
ному току нагрузки.
В аккумуляторных помещениях нельзя пользоваться открытым огнем, в них следу-
ет применять светильники взрывобезопасного исполнения с вынесенными наружу выклю-
чателями. Включают вентилятор до начала заряда АБ и выключают спустя некоторое время после окончания заряда, что позволяет избежать образования взрывоопасной смеси выделенных при заряде газов и воздуха.
Необходимо тщательно проверять состояние опрессовки, пропайки кабельных нако
нечников и плотность их закрепления на контактных шпильках.
Следствием неплотной опрессовки или некачественной пропайки является плохой контакт между жилой и наконечником. В таких местах резко увеличивается переходное сопротивление и количество выделяемой в нем теплоты, что может привести к пожару электрооборудования.
На нефтеналивных судах, помимо обычных защитных заземлений, применяют за-
земление корпуса судна, т. е. электрическое соединение корпуса с заземлением на берегу или с корпусом другого судна.
После постановки судна к причалу заземляющий кабель подают на берег и надежно соединяют с береговым трубопроводом. Затем включают рубильник в цепи заземляющего кабеля, тем самым уравнивая потенциалы корпуса судна и берегового трубопровода.
Отключают заземляющий кабель в обратном порядке.
Таким образом, соединение и рассоединение трубопроводов проводятся при зазем
ленном корпусе судна, что позволяет избежать искрообразования между фланцами обоих трубопроводов в момент их касания или разделения вследствие разности потенциалов берегового трубопровода и корпуса судна.
Контрольные вопросы
1. В чем заключаются достоинства и недостатки радиальной, магистральной и смешанной систем распределения электроэнергии?
2. Чем отличаются судовые кабели от проводов?
3. Почему для защиты АД предпочтительнее применять АВ, а не предохранители?
4. Назовите общие требования к защитным устройствам.
5. Каким образом обеспечивается избирательность защиты электрических сетей по времени и току?
6. Как влияют на сопротивление изоляции судовой сети длина кабельных трасс и количество включенных приемников электроэнергии?
7. Почему стрелка мегаомметра типа М1101 отклоняется в разные стороны при из
мерении R на диапазонах "кОм" и "МОм"?
8. Каким образом исключается влияние исполнительной части блока БКИ-2 на результат контроля сопротивления изоляции?
9. Каковы основные особенности автоматической системы диагностирования изоляции?
10. Перечислите методы сушки электрических машин. В чем особенность каждого из них?
10. Каким образом подавляются высокочастотные помехи радиоприему при заземлении оболочек кабелей?
11. Перечислите основные меры электро- и пожаробезопасности при обслуживании электрических сетей.
1.7. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕ-
ТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ
1. Системы управления СЭЭС
1.1. Классификация систем управления СЭЭС
Управление СЭЭС во всех режимах работы судна обеспечивается системой управ-
ления, представляющей собой функционально и конструктивно законченное устройство или совокупность нескольких связанных подсистем, каждая из которых выполняет одну или несколько функций.
В настоящее время на транспортных судах применяют различные СУ СЭЭС, кото-
рые принято классифицировать по следующим признакам:
1. структуре - системы в виде двух автономных подсистем, одна из которых обес-
печивает автоматизированное дистанционное управление ПД генераторов, а другая выпол
няет синхронизацию генераторов, распределение нагрузки и др.; в виде единой СУ, обеспе
чивающей выполнение в полном объеме необходимых функций управления, контроля и защиты СЭЭС;
2. использованию ЭВМ - системы, в которых используется общесудовая управляю-
щая ЭВМ и системы, использующие функционально специализированные ЭВМ (возмож-
но использование обоих типов ЭВМ с разделением функций между ними);
полупроводниковых, микроэлектронных в виде больших интегральных схем (БИС), а также на основе ЭВМ и микропроцессоров (в СУ СЭЭС современных судов используется смешанная элементная база).
1.2. Структурная схема системы управления СЭЭС
Обощенная структурная схема системы управления СЭЭС показана на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Структурная схема системы управления СЭЭС
Построение СУ СЭЭС осуществляют по иерархическому принципу, в соответствии с которым более низкому уровню иерархии соответствует меньшее число однотипных решаемых задач или алгоритмов.
На структурной схеме подобной СУ СЭЭС ( рис. 7.1. ) можно выделить следую-
щие уровни иерархии:
верхний IV - уровень КСУ СТС, на котором обеспечивается управление судна в целом оператором (судоводителем). На этом уровне задается режим работы СЭЭС (ходовой, маневров и др.), от которого зависит количество используемых ГА, приоритет включения резервных ГА и мощных приемников электроэнергии и т. д. (в качестве АУУ КСУ СТС может использоваться общесудовая мини-ЭВМ);
групповой III - уровень отдельных технологических систем, одной из которых является СУ СЭЭС. На этом уровне выполняются следующие функции: изменение состава работающих ГА в соответствии с режимом работы судна, выбор очередности пуска резервных ГА и обеспечение программированного пуска мощных приемников, вывод судна из обесточенного состояния, защита СЗЗС от шкоь КЗ и др. В качестве АУУ СУ СЭЭС может использоваться специализированная микроЭВМ;
локальных СУ II, включающий системы управления отдельными ГА. На этом уровне обеспечиваются: управление приводными двигателями ГА (поддержание в состоянии резерва, пуск, остановка, контроль и защита) по сигналу от АУУ СУ СЭЭС или по команде оператора группового уровня III из ЦПУ, синхронизация и распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами, регулирование частоты;
локальных средств автоматизации /, включающий регуляторы частоты и напряжения, устройства защиты, блокировки и др.;
воздействий 0, включающий исполнительные органы (серводвигатели топливных насосов и паровпускных клапанов ПД ), датчики (частоты вращения, температуры и др.) управляемых объектов (дизелей, турбин и генераторов), органы ручного управления и др.
Рациональной по структуре системой управления СЭЭС считается такая, которая в случае отказа обеспечивает работоспособность СЭЭУ при помощи локальных средств автоматизации.
На судах со знаком автоматизации А2 объем автоматизации СЭЭС соответствует совокупности функций звеньев трех нижних уровней (0, I и II), а со знаком А1 - всех пяти уровней.
В качестве примера рассмотрим систему управления СЭЭС типа "Ижора-М".
1.3. Система управления СЭЭС типа "Ижора-М"
Система обеспечивает управление СЭЭС в следующем объеме:
С помощью схемы ( рис. 7.2 ) определим последовательность некоторых автомати-
ческих операций.
Рис. 7.2. Структурная схема автоматизированной СЭЭС типа «Ижора-М»
Предположим, что на шины ГРЩ включен базовый генератор G1, а в резерве нахо-
дится генератор G2. Выбор резервного генератора проводят путем установки переключа-
теля "Выбор резерва" на щите управления ЭЭУ в ЦПУ в необходимое положение (на схе-
ме не показан).
Резервный ГА находится в режиме «горячего резерва», при котором обеспечивает
ся поддержание дизеля в предпусковой готовности посредством автоматизированного по-
догрева масла в смазочной системе и охлаждающей воды.
При увеличении нагрузки на генераторе G1 до (0,85…0,90) Р напряжение U на одном из двух выходов блока измерителя активного тока БИАТ1, подключенного к генератору G1 при помощи трансформаторов напряжения ТV4 и тока ТА2, становится достаточным для появления на выходе 1 блока БКЗГ1 контроля загрузки генератора сигнала на включение резервного генератора.
Этот сигнал поступает в систему ДАУ2, которая обеспечивает автоматический пуск дизеля резервного ГА.
При достижении дизелем частоты вращения, близкой номинальной, автоматически включается блок БСГ синхронизации генераторов, который воздействует на серводвига-
тель М2 подачи топлива резервного ГА и подгоняет его частоту вращения к частоте враще
ния базового ГА.
Если разность частот и напряжений обоих генераторов находится в допустимых пределах, БСГ выдает сигнал на включение генераторного автоматического выключателя QF3, после чего отключается. Одновременно выходы блоков БИАТ1 и БИАТ2 обоих генераторов с напряжениями Uи U соединяются последовательно, результирующий сигнал в виде напряжения ΔU = U- U определенной полярности поступает на вход блока БРНГ распределения нагрузок генераторов.
В зависимости от полярности напряжения на выходе блока БРНГ серводвигатель М2 резервного ГА включается в направлении на увеличение или уменьшение подачи топлива. Тем самым обеспечивается пропорциональное распределение активной нагрузки между параллельно работающими генераторами.
Система "Ижора-М" предусматривает включение резервного ГА не только при пе-
регрузке базового ГА, но и в других случаях: при обесточивании шин ГЭРЩ, снижении частоты вращения ГД или давления пара перед турбогенератором, по сигналу "Неисправ-
ность" из системы "Роса-М" работающего ДГ.
Если включение резерва мощности не предусмотрено, автоматическая разгрузка генераторов проводится путем отключения неответственных приемников. При увеличе-
нии нагрузки на любом из работающих генераторов до (1,0…1,1)Р отключение проис
ходит в 2 ступени с выдержкой времени между ними. При нагрузке (1,3…1,5)Р обе сту
пени отключаются без выдержки времени. Для этого используют выходы 3 блоков БКЗГ обоих генераторов.
Система управления СЭС обеспечивает автоматическую блокировку пуска из ходо-
вой рубки мощных приемников в случаях, когда электростанция не имеет запаса мощно-
сти (при работе одного генератора, при работе двух генераторов с нагрузкой свыше 0,7 Р). Для блокировки пуска используются выходы 2 блоков БКЗГ1 и БКЗГ2 и блок ББП блокировки пуска мощных приемников. При этом в ходовой рубке загорается световое табло "Пуск запрещен". При необходимости пуска мощных приемников необходимо пред
варительно провести пуск резервного ГА из ЦПУ со щита управления СЭС, после чего включать мощные приемники (пожарный насос и др.) из ходовой рубки с промежутками времени 0,8-3,8 с между пусками.
Пуск мощных приемников не блокируется в следующих режимах: при работе трех и более генераторов, при работе двух генераторов с нагрузкой на каждом, не превышаю-
щей 70 % номинальной активной мощности.
При уменьшении нагрузки на каждом параллельно работающем генераторе до 30 % номинальной один из блоков БКЗГ (или оба одновременно) выдает сигнал в ЦПУ на свето
вое табло "Нагрузка 30 %". Решение об отключении одного из генераторов принимает опе
ратор.
На судах с двумя электростанциями непрерывность электроснабжения ответствен-
ных приемников обеспечивается путем их переключения с одной СЭС на другую при по-
мощи устройства типа УПП.
При электроснабжении судна с берега для защиты судовых приемников от обрыва фазы и сигнализации о снижении напряжения применяется устройство типа ЗОФН. При обрыве фазы ЗОФН выдает сигнал на отключение АВ питания с берега (QF1), а при сниже
нии напряжения до 85 % номинального включает световой и звуковой сигналы (НL1 и НА1).
Система самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН обеспечивает: в режиме холостого хода самовозбуждение генератора при достижении час-
тоты вращения 90-95 % номинальной, в режиме нагрузки автоматическое регулирование напряжения.
При параллельной работе генераторов СВАРН дополнительно обеспечивает пропор
циональное распределение реактивной нагрузки.
Визуальный контроль мощности, напряжения и частоты генераторов осуществляют при помощи узкопрофильных электроизмеритель-ных приборов на лицевой части ГРЩ.
Щитовые вольтметр и частотомер при помощи общего переключателя поочередно могут подключаться к каждому генератору и шинам ГРЩ, что позволяет уменьшить коли
чество щитовых приборов. При отклонении напряжения и частоты генератора от заданных значений блок БКПГ контроля параметров генератора с выдержкой в несколько секунд включает световой НL2 (НLЗ) и звуковой НА2 (НАЗ) сигналы.
1.4. Структура микропроцессорных систем управления СЭЭС
Широкое внедрение малогабаритных и быстродействующих микропроцессорных средств обработки информации обеспечило создание принципиально новых СУ СТС.
В общем случае в состав микропроцессорных СУ (рис. 7.3 ) входят: объект управ-
ления ОУ (например, ДГ или СГ); пульт управления ПУ; микро-ЭВМ; интерфейсные (сог-
ласующие) устройства ИУ1 и ИУ2; датчики Д; усилители мощности УМ; исполнительные механизмы ИМ; блок индикации БИ (в большинстве случаев он встроен в ПУ, но на рис. 7.3 показан отдельно с целью упрощения структурной схемы).
Помимо перечисленных компонентов, в состав таких СУ входят каналы передачи данных, контроллеры и др.
МикроЭВМ - вычислительная машина, представляющая собой совокупность микро
процессора МП, -устройств ввода УВв и вывода УВыв информации, запоминающих уст-
ройств ОЗУ и ПЗУ.
Процессором ЭВМ называется устройство для автоматической обработки цифро-
вой информации по заданному алгоритму.
Процессор, выполненный в виде одной или нескольких микросхем с высокой степе
нью интеграции, называется микропроцессором.
Микропроцессоры СУ обычно выполняют ограниченный объем арифметических операций, что позволяет упростить структуру и свести к минимуму размеры МП.
В состав МП входят: арифметико-логическое устройство АЛУ, устройство управле
ния УУ и рабочие регистры РР.
Рис. 7.3. Структурная схема микропроцессорной системы управления
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметиче-
ских и логических операций.
К первым из них относятся сложение, вычитание, преобразование двоичных чисел и др., ко вторым - инверсия, конъюнкция, дизъюнкция и др.
Это устройство построено на сумматорах, элементная база которых состоит из 1-разрядных сумматоров, регистров сдвига, инверторов и т. д. на основе интегральных мик-
росхем.
Устройство управления обеспечивает выполнение операций в определенной после
довательности, заданной алгоритмом, а также связи микропроцессора с ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв.
Элементной базой УУ являются дешифраторы на основе интегральных микросхем.
Рабочие регистры, служащие для временного хранения и преобразования данных и команд, строятся на типовых элементах - триггерах и логических схемах И, ИЛИ, НЕ.
Запоминающие устройства реализуют прием, хранение и выдачу информации и программ ее обработки. Их подразделяют на постоянные ( ПЗУ ) и оперативные ( ОЗУ ).
Постоянные запоминающие устройства ПЗУ используют для хранения программ работы МЛ и констант, причем информация, заложенная в ПЗУ, не теряется при отключе
нии питания.
Оперативные запоминающие устройства ОЗУ применяют для хранения данных, .которые обрабатываются при помощи МП.
Для построения запоминающих устройств используют кольцевые ферритовые сер-
дечники или БИС.
Характерной особенностью микроЭВМ является наличие стековой памяти.
Стеком называют запоминающее устройство "магазинного" типа, ячейки которого заполняются последовательно (одна за другой). Аналогично, ячейка за ячейкой, происхо-
дит вывод информации из стека.
Таким образом, перемещение чисел внутри стека напоминает перемещение патро-
нов внутри магазина пистолета.
Стековая память позволяет упростить обработку программ и повысить быстродейст
вие АЛУ. В качестве стека может использоваться отдельная микросхема или просто часть ОЗУ.
В сложных микропроцессорных системах для хранения больших объемов информа
ции используют внешние запоминающие устройства, конструктивно не объединенные с блоками ЭВМ и реализуемые на магнитных лентах, дисках или барабанах.
Устройства ввода и вывода информации предназначены для ввода обрабатывае-
мой информации в МП, вывода и наглядного представления обработанной информации.
Для ввода информации используют пульты управления с клавиатурой, выключате
лями, переключателями и т. д., а также пишущие машинки и телетайпы с перфопристав
ками, оптические считывающие устройства и др. Для вывода информации применяют бумажные ленты с цифровым и бук-венно-цифровым текстом, графиками, а также дисплеи, экраны, табло, микрофильмы и др.
Совокупность информационных каналов микроЭВМ называется шинами.
Шины выполняют в виде пучка проводов или печатной схемы и подразделяют на 3 вида: адресные, данных и управления.
Шина адресная ША предназначена для передачи адреса ячейки памяти с данными или командой от микропроцессора к ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв. С помощью ША открывается или выбирается правильный тракт для электрического соединения между собой отдель-
ных компонентов микропроцессорной системы. Эту шину называют 1-направленной, так как информация поступает в одном направлении - от МП к перечисленным выше компо-
нентам.
Для микропроцессоров типов 8080, 8085, применяемых в судовых СУ, характерна 16-разрядная ША, состоящая из 16 физических линий, выводы которых обозначают А…
А.
Шина данных ШД - это 2-направленная линия для обмена данными между отдель-
ными компонентами микроЭВМ.
Для микропроцессоров типов 8080, 8085 характерны 8-разрядные ШД, их выводы обозначают А…А.
Шина управления ШУ предназначена для передачи тактовых, синхронизирующих сигналов, а также информации о состоянии (статусе) компонентов микроЭВМ.
Часть линий ШУ является 1-направленной, часть - двунаправленной, поэтому на рис. 7.26 направленность этой шины не обозначена.
У микропроцессоров типов 8080, 8085 на этой шине действуют сигналы SYNC ("Синхронизация"), DBJN ("Ввод данных") и др.
Объединение различных компонентов микропроцессорной СУ должно проводиться с учетом характера и временных параметров сигналов на стыках между компонентами.
Чтобы сигналы были совместимыми, применяют вспомогательные устройства, называемые интерфейсными. Эти устройства можно разделить на 2 группы.
Первая группа обеспечивает подключение ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв к шинам МП и решает задачи синхронизации и управления шинами, а также выборки компонентов, обес-
печивающих своевременную передачу данных между МП и выбранным компонентом.
Вторая группа обеспечивает «стыковку» микроЭВМ с внешними компонентами (например, с периферийными устройствами, каналами передачи данных, контроллерами) и преобразование внешних сигналов в сигналы, совместимые с сигналами на шинах, а так-
же обратное преобразование.
Так, если датчики Д имеют аналоговые выходные сигналы, интерфейсное устройст
во ИУ1 может представлять собой АЦП. В то же время для управления работой механиз-
ма ИМ (например, серводвигателем ПД генератора) могут использоваться аналоговые сиг-
налы. В этом случае интерфейсное устройство ИУ2 представляет собой ЦАП.
В общем случае совокупность унифицированных технических и программных средств, используемых для сопряжения компонентов в вычислительной системе или меж-
ду системами, называют интерфейсом.
В настоящее время на базе микроЭВМ разработаны и успешно эксплуатируются микропроцессорные СУ, обеспечивающие автоматическое управление комплексами судо-
вых систем и механизмов (например, энергетической и электроэнергетической установка-
ми).
В качестве примера рассмотрим устройство и работу микропроцессорной системы управления СЭЭС типа АSА-S.
1.5. Микропроцессорная СУ СЭЭС типа АSА-S
Система предназначена для автоматического управления судовой электроэнергети-
ческой установкой из четырех ГА ( рис. 7.4 ).
В качестве ГА используются ДГ и ВГ, причем параллельная работа ВГ и ДГ преду-
смотрена в течение непродолжительного времени (до 15 с).
Рис. 7.4. Функциональная схема микропроцессорной системы управления ASA-S
Система включает связанные между собой микроЭВМ дизеля (DMR), микроЭВМ генератора (GMR) и устройство защиты ГА (АGS).
МикроЭВМ типа К1510 разработаны фирмой "Роботрон" (б. ГДР).
Функции системы
Система обеспечивает:
1. автоматическое включение и отключение ТА в заданном оператором порядке;
2. автоматические нормальный и экстренный пуски ГА, контроль времени пуска;
3. автоматическую синхронизацию и включение ГА на параллельную работу, конт
роль времени синхронизации;
4. автоматическую остановку работающих ГА при снижении частоты тока и напря-
жения с последующими экстренным пуском 1-го резервного ГА и нормальным пуском 2-го резервного ГА;
5. регулирование частоты и распределение активной нагрузки при параллельной работе ГА;
6. опрос запаса мощности работающих ГА перед включением мощных приемников электроэнергии;
7. защиту генераторов от токов перегрузки и КЗ;
8. циклический обегающий контроль параметров дизелей и генераторов и цифро-
вую индикацию аварийно-предупредительных сигналов;
9. циклический контроль исправности модулей системы.
Устройства микроЭВМ
МикроЭВМ системы построены на 55 модулях 17 различных типов и включают в себя следующие устройства (рис. 7.4 ):
ной и стековой памяти);
Устройства АSI-Е, АSI-А, DAR и RÜB и отношению к МП являются интерфейсны
ми.
Информация о состоянии СЭЭС
Информация о режимах работы СЭС, видах управления и состоянии ГА поступает на шины микроЭВМ от органов управления (выключателей и переключателей, кнопок) на пульте управления СЭС и различных датчиков через модули РGА, АSI-Е, ADU, АMU и РРМ.
Датчики системы управления
В системе АSА-S применяются датчики двух видов:
1. с дискретными выходными сигналами;
2. с аналоговыми выходными сигналами.
Дискретные сигналы ( логические «0» или «1» ) получаются при помощи 2-позици-
онных датчиков, блок-контактов АВ генераторов, контактов кнопок и реле.
Эти сигналы поступают на шины микроЭВМ через согласующее устройство, обра-
зованное релейными модулями РGА и модулем АSI-Е ввода данных процесса.
Всего релейных модулей 10, в каждом модуле 28 реле. Таким образом, в систему АSА-S может поступать информация от 280 2-позиционных датчиков.
Из 7 модулей ввода данных 2 относятся к системе управления генераторами (GMR) и 5 к системе управления дизелями (DMR).
При этом 2 модуля (по одному от каждой системы) участвуют в обмене информаци
ей между обеими микроЭВМ, а в остальные через контактные соединения XI и Х2 поступа
ют дискретные сигналы от модулей РGА.
Аналоговые сигналы в виде тока, напряжения, частоты, угла сдвига по фазе получа
ются при помощи трансформаторов тока и напряжения и преобразуются в дискретные модулями АМU001, АDU101, АDU102 и РРМ001.
С выходов перечисленных модулей информация поступает непосредственно на шины микроЭВМ, без применения специальных устройств ввода.
Краткая характеристика модулей системы
Модуль АMU001 представляют собой аналоговый мультиплексор и обеспечивает: 1. преобразование токов I… I генераторов в пропорциональные им напряжения
U ( I );
2. преобразование линейных напряжений U и Uк виду U, удобному для последующего ввода в микроЭВМ с целью определения в последней активной нагрузки генератора перемножением тока и напряжения генератора;
3. поочередное подключение каналов тока к модулю АDU101 при помощи мульти-
плексора на логических элементах и двунаправленных ключах.
Модуль АDU101 представляет собой аналого-цифровой преобразователь ( АЦП ) и предназначен для преобразования синусоидальных напряжений U , U ( I ), Uв дискрет-
ные сигналы U, U( I ) и U , а также запоминания мгновенных значений U и
U ( I ).
Указанные сигналы передаются на вход модуля АDU102.
Модуль АDU102 преобразует аналоговые сигналы U и U ( I ) в цифровые коды, передаваемые на шины микроЭВМ.
Модуль РРМ001 предназначен для измерения периодов напряжений генераторов
U… U и судовой сети U, а также для измерения разности фаз напряжений сети и подключаемого генератора.
Полученная цифровая информация поступает в микроЭВМ, которая при синхронизации рассчитывает момент подачи импульса на включение АВ генератора.
Модули ZVЕ1 и ZVЕ2 образуют центральное вычислительное устройство ЦВУ, предназначенное для обработки информации, поступающей по шинам данных в микропро
цессор типа U808D (в модуле ZVЕ1).
Микропроцессор организует обмен информацией:
Обмен данными и адресами внутри МП осуществляется через шины D0…D7.
Для запоминания информации используются регистры АR0…АR7 и АR8…АR15. Работа ЦВУ происходит по командам программы, хранящейся в модуле РFS.
Модули PFS и OSS, выполняющие функции соответственно ПЗУ и ОЗУ, образуют основную память микроЭВМ.
Модуль PFS содержит "жесткую", т. е. не изменяемую в ходе процесса управления, программу работы микроЭВМ и константы. Программа вводится в модуль при помощи специального программирующего устройства и поэтому допускает многократное изменение при вводе.
В системе АSА-S установлены 7 моду лей PFS с общим объемом памяти 28 Кбайт. Модуль OSS содержит данные процесса, поступающие в него через МП из модулей
АSI-Е, АDU102, РРМ001.
Модуль OSS имеет 3 состояния:
дуль ZVE1);
3. чтение (по команде L=1 происходит считывание информации в обратном поряд
ке).
В систему АSА-S входят 2 модуля OSS, по одному в каждой микроЭВМ.
Помимо постоянной памяти, микроЭВМ содержит стековую, построенную на моду
ле ZVZ.
Стековая память является внешней по отношению к внутренней памяти МП.
Она используется для временного хранения информации, находившейся в МП, при прерывании основной программы.
Перевод информации из МП в модуль ZVZ проводится по команде PUSH ( толкай ). Освободившиеся в МП регистры общего назначения используются для выполнения
подпрограмм (например, при проверке исправности модулей).
Возвращение информации из модуля ZVZ в МП выполняется по команде РОР после выполнения подпрограммы.
Вывод информации
Для вывода данных процесса управления используют 7 модулей DAR (на рис. 7.4 не показаны), из которых 4 используются в системе управления генераторами GMR, а остальные в системе управления дизелями DMR.
Вывод данных происходит по команде OUT с дополнением номера модуля (напри
мер, OUT 21). Данные процесса передаются из модуля ZVЕ1 в модуль DAR по шинам АR0…АR7.
Для цифрового отображения информации каждая микроЭВМ снабжена модулем цифровой индикации DAZ. Информация выводится на табло с 7-сегментными светодиод
ными индикаторами.
Выведенные числа отображают аварийные сигналы процесса или цифровые коды неисправности (например, коду 3902 соответствует неисправность модуля ZVZ).
Обмен информацией между микроЭВМ
В процессе работы системы АSА-S необходим обмен информацией между обеими микроЭВМ (например, такой, как "запрос синхронизации", "неудавшийся пуск" и др.).
Для этого в системе имеется 2 канала сопряжения микроЭВМ, образованные моду
лями АSI-А и АSI-Е.
Обмен данными происходит периодически, при помощи специальных временных программ. На время выполнения программы обмена (0,4 с) основная программа прерывает
ся.
Расширение функций управления
Расширение функций управления системы АSА-S выполняет модуль дополнитель-
ных функций RÜВ.
Этот модуль циклически (через каждые 0,4 и 6,4 с) вырабатывает сигналы INТЗ=0 и INT2=0 прерывания основной программы, поступающие в модуль ZVЕ2/
По сигналу INТЗ=0 включается подпрограмма ввода данных в микроЭВМ от моду
ля АSI-Е, по сигналу INT2=0 - подпрограмма проверки модулей системы АSА-S.
После выполнения подпрограмм действие основной программы восстанавливается.
Для проверки исправности модулей нажимают кнопку SHO101. При этом на выхо-
де модуля RÜВ появляется сигнал ВЕRNT=1, поступающий в модуль ZVЕ1, после чего модули ZVЕ1 и ZVЕ2 формируют сигнал INTO прерывания основной программы.
Алгоритмические языки системы
В рассмотренной системе запись команд выполнена на алгоритмическом языке ас-
семблера с помощью слов, их частей или символов.
В качестве примера приведем некоторые команды МП и укажем их назначение:
1. RЕАDУ ("Готов") - организация обмена данными между МП и ОЗУ и ПЗУ, а так-
же между МП и УВв и УВыв (см. рис. 7.3 );
2. INТЕ ("Прерывание разрешено") - разрешение прерывания основной программы в случае начала выполнения определенной подпрограммы (например, самодиагностирова
ния);
МП состояние;
4. INТ ("Запрет прерывания") - запрет прерывания основной программы;
5. RESЕТ ("Сброс") - сброс счетчика команд на ноль;
6. WAIТ ("Ожидание") - перевод МП в режим ожидания или прерывания основной программы;
7. DBIN ("Ввод данных") - подтверждение перевода шины данных в режим ввода данных;
8. SYNС ("Синхронизация") - синхронизация работы МП с ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв и др.
Устройства защиты
Устройство защиты генераторов АGS системы АSА-S, устанавливаемое на каждом генераторе, обеспечивает следующие виды защит:
Во всех этих случаях выдается сигнал на отключение АВ генератора.
Кроме того, устройство выдает сигнал в микроЭВМ в следующих случаях:
ты на 10 %, обрыв фазы или увеличение напряжения выше номинального);
Проверка исправности модулей устройства выполняется через каждый час автома
тически или вручную.
Цикл проверки занимает 12 с. Неисправные модули определяются при помощи цифровых кодов на табло модуля DAZ001.
2. Надежность, диагностирование и прогнозирование технического состояния СУ СЭЭС
2.1. Основные сведения о надежности
Важнейшим требованием, предъявляемым к СУ СЭЭС, является надежность. Составные части современных СУ СЭЭС - функциональные устройства, узлы и блоки по
строены на электронной аппаратуре. Поэтому надежность упомянутых СУ определяется надежностью электронной аппаратуры.
Надежность аппаратуры - это свойство аппаратуры, заключающееся в способности безотказно выполнять заданные функции при сохранении своих основных характеристик в установленных пределах.
Неисправность аппаратуры, без устранения которой выполнение всех или хотя бы одной из основных функций аппаратуры невозможно, называется отказом. Отказы могут быть частичными, когда аппаратура перестает выполнять одну или несколько из основных функций, и полными, когда прекращается выполнение всех функций.
Надежность аппаратуры обеспечивается сочетанием свойств безотказности, долго
вечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказность - это свойство аппаратуры сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Основными показателями безотказ
ности являются: наработка на отказ, интенсивность отказов, вероятность безотказной рабо
ты.
Долговечность - это свойство аппаратуры сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта.
Основными показателями долговечности являются: ресурс (время) до среднего или капитального ремонта, назначенный (суммарный) ресурс, назначенный (календарный) срок службы.
Ремонтопригодность - это свойство аппаратуры поддерживать и восстанавливать работоспособное состояние при соответствующем ТО и ремонтах. Основными показателя
ми ремонтопригодности являются: вероятность восстановления работоспособного состоя-
ния и среднее время восстановления.
Сохраняемость - это свойство аппаратуры сохранять значения показателей безот-
казности, долговечности и ремонтопригодности во время и после хранения и транспорти-
ровки.
Из перечисленных свойств надёжности важнейшим является безотказность. Рассмотрим более подробно основные показатели безотказности.
Наработка на отказ - это время нормальной работы аппаратуры между двумя смежными отказами.
Чтобы оценить среднюю наработку на отказ некоторого экземпляра аппаратуры, его испытывают до 10-15 отказов, восстанавливая работоспособность образца после каж-
дого из них. Средняя наработка (ч) при таком эксперименте определится как частное от деления времени t испытания на количество отказов п за этот срок:
T= t/ n ( 7.1 ).
Интенсивность отказов - величина, значение которой обратно средней наработке на отказ (1/ч):
λ. = 1 / T ( 7.2 ).
Чем больше интенсивность отказов, тем менее надежна аппаратура.
Рис. 7.5. График вероятности безотказной работы аппаратуры СУ
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет, обычно подчиняется экспоненциальному закону распределения (рис. 7.5 ):
P= ехр [- ( t / T)] ( 7.3 ).
Как следует из графика, вероятность безотказной работы наибольшая (P = 1) при t / T = 0 (аппаратура не работала) и наименьшая (Р = 0) при t / T ≈ 5 (время работы аппаратуры примерно в .5 раз больше наработки на отказ).
2.2. Факторы, влияющие на надежность аппаратуры СУ СЭЭС
Существенное влияние на надежность аппаратуры оказывают климатические усло-
вия, уровень подготовки обслуживающего персонала и качество ТО и ремонта, режим ра-
боты аппаратуры, продолжительность ее эксплуатации.
Для уменьшения влияния климатических условий аппаратуру выпускают в соответ
ствующем исполнении (например, тропическом).
Опыт показывает, что до 20 % всех отказов электронной аппаратуры происходит по вине обслуживающего персонала, поэтому квалификация персонала, а также объем и каче
ство технической документации, придаваемой к аппаратуре, находятся в прямой связи со степенью надежности аппаратуры.
Интенсивность отказов при эксплуатации аппаратуры с малыми нагрузками сущест
венно снижается, а при частых включениях и выключениях значительно увеличивается.
Продолжительность эксплуатации аппаратуры условно можно разделить на 3 эта-
па.
На первом, называемом периодом приработки и составляющем десятки или сотни часов, наблюдается повышенная интенсивность отказов, что объясняется технологически
ми недоработками и недостаточным освоением аппаратуры.
Второй этап (тысячи часов) характеризуется постоянной интенсивностью отказов, которые носят случайный характер и лишь частично обусловлены изнашиванием элемен
тов и ухудшением их параметров.
Третьему этапу (сотни часов) соответствует повышенная интенсивность отказов, что объясняется естественным старением элементов резисторов, конденсаторов, механиче
ских и электрических узлов, ухудшением изоляции и т. д.).
2.3. Связь надежности и условий работы СЭЭС. Способы повышения надеж-
ности
Надежность сложных СУ, к которым относятся СУ СЭЭС, необходимо не только оценивать по рассмотренным выше показателям, но и связывать с разными уровнями качества и эффективности их функционирования.
Например, отказ или повреждение одного из генераторов не приводит к перебоям в снабжении электроэнергией приемников.
Выход из строя двух генераторов вызывает необходимость в ограничении потребля
емой энергии путем отключения неответственных приемников.
При отказе основной электростанции аварийная способна обеспечить электроэнер
гией ответственные приемники.
Для повышения надежности СУ СЭЭС применяют разные способы, в их числе ре-
зервирование отдельных устройств, блоков и узлов, обеспечение дополнительных связей между элементами СУ СЭЭС.
Высокую степень надежности имеют кибернетические (самонастраивающиеся) системы, в которых отказ какого-либо элемента сопровождается перераспределением его функций между другими работоспособными элементами без изменения уровня эффектив
ности работы системы.
Одним из важных средств обеспечения и поддержания надежности СУ СЭЭС является их диагностирование.
2.4. Диагностирование и прогнозирование технического состояния СУ СЭЭС
Диагностирование СУ СЭЭС заключается в изучении признаков неисправностей, а также разработке методов и средств обнаружения и локализации этих неисправностей.
Диагностирование осуществляется либо путем внешнего осмотра, либо при помо-
щи диагностической аппаратуры или диагностической программы.
Информация, накопленная в процессе диагностирования СУ, используется для про-
гнозирования технического состояния этих систем.
Задача прогнозирования заключается в оценке степени работоспособности или в оценке вероятности отказа на некотором предстоящем этапе эксплуатации СУ.
Решение этой задачи позволяет: правильно планировать ТО и ремонты оборудова
ния (по фактическому состоянию); своевременно заменять или ремонтировать блоки и узлы СУ, имеющие повышенную вероятность отказа; правильно комплектовать набор за-
пасных частей блоков.
В настоящее время созданы специализированные устройства для поиска неисправ
ностей в блоках СУ СЭЭС, а также контрольно-измерительные комплексы для проверки и восстановления работоспособности блоков и модулей СУ с однотипными логическими элементами (например, комплекс КИК-1).
Более широкими возможностями обладает автоматизированная система АСДН диагностирования и наладки судовых СУ.
Эта система предназначена для диагностирования и наладки блоков СУ, использующих элементную базу разных типов: микросхемы ТТЛ и К-МОП структур, логиче-
ские элементы серий "Логика-Т", "Транслог", "Урсалог" и аналогичные им.
Работой системы АСДН (рис. 7.6 ) управляет устройство функционально-статического контроля УФСК "Логикой", представляющее собой процессор системы.
Блок управления БУ предназначен для хранения оперативной судовых систем управления асдн информации и выполнения программы управления.
Накопитель диагностической информации НДИ служит для длительного хранения программ работы АСДН и диагностической информации.
Рис. 7.6. Функциональная схема автоматизированной системы диагностики
и наладки судовых систем управления АСДН
Устройство УВВИ ввода-вывода информации обеспечивает загрузку в память систе
мы АСДН программ ее работы и диагностической информации, а также вывода и докумен
тирования диагностической информации.
В состав УФСК входит также блок БИ индикации.
Устройство УС сопряжения предназначено для согласования характеристик управ-
ляющих сигналов УФСК с характеристиками сигналов блоков СУ СЭЭС.
В это устройство входит блок БСК сопряжения компараторов, который формирует характеристики входных сигналов блоков СУ, а также блок БСФ сопряжения формирова-
телей, который формирует характеристики выходных сигналов АСДН, поступающих в блоки СУ.
Блок БИМ имитаторов и нагрузок предназначен для создания имитирующих сигна-
лов датчиков на входах и нагрузок на выходах блоков СУ с последующим диагностирова-
нием блоков.
Внедрение на флоте СУ СЭЭС с ЦВМ позволяет значительно расширить возможно
сти подобных систем.
Применяемая на судах отечественной постройки СУ СЭЭС типа "Ижма-Б", помимо традиционных задач управления и контроля СЭЭС, позволяет решать задачи диагностирования и прогнозирования в следующем объеме:
1. автоматическая регистрация состояния, параметров и неисправностей СЭЭС и ее СУ;
2. диагностирование СЭЭС и ее СУ;
3. автоматическая выдача рекомендаций о способах устранения неисправностей в СУ;
4. использование в управлении результатов диагностирования оборудования СЭЭС.
2.5. Характерные неисправности СУ СЭЭС
Опыт эксплуатации отечественных СУ СЭЭС типов "Ижора" и "Ижма" показал, что они имеют невысокие показатели контролеспособности и ремонтопригодности.
В этих СУ отсутствует сигнализация о неисправности каждого функционального устройства. Обслуживающему персоналу приходится затрачивать длительное время на определение неисправностей в СУ и их устранение.
Для организации ТО СУ и ее элементов необходимы универсальные приборы с большим внутренним сопротивлением, осциллографы, вспомогательное оборудование и специальная оснастка.
В системе управления СУ СЭЭС типа "Ижора-М" предусмотрен регламентный кон-
троль исправности всех блоков, которые скомпонованы в стандартных типовых кассетах и легко заменяются при неисправностях.
В СУ СЭЭС фирм "Стромберг", АSЕА (например, АHIM, GENA-С) элементная база построена на логических элементах.
Функциональные модули этих СУ выполнены на стандартных печатных платах, что дает возможность доступа к отдельным узлам и элементам модулей с целью проверки и ремонта.
Перечисленные выше СУ имеют встроенный контроль самой системы и блоков, а также контрольные точки для диагностирования.
Тем не менее поиск и устранение неисправностей связаны с большими трудозатра
тами.
Основными причинами этого являются:
тов в технической документации;
струментов, недостаточный опыт обслуживающего персонала по отысканию неисправно-
стей и их устранению.
Виды и доля (%) в общем количестве неисправностей, вызывающих отказы в рабо-
те СУ СЭЭС на логических элементах, приведены в таблице 7.1.
Таблица 7.1.
Доля отдельных видов неисправностей СУ СЭЭС
Вид неисправности |
Доля , % |
Обрывы, межвитковые замыкания в обмотках, замыкание контактов, увеличение сопротивления контактов реле и контакторов |
15…20 |
Обрывы, пробои в полупроводниковых приборах |
15…20 |
Износ элементов |
10…15 |
Нарушение изоляции |
5…10 |
Поломки механические |
5…10 |
Заедания механические |
3…5 |
Обрывы в местах пайки и выводных соединениях |
3…5 |
Нарушения регулировки |
8…10 |
Прочие |
3…5 |
Опыт эксплуатации СУ СЭЭС показал, что наибольшие трудозатраты на поиск не-
исправностей свойственны электронным схемам возбуждения СГ, блокам синхронизации и распределения нагрузки.
Наибольшие трудозатраты на устранение неисправностей присущи АВ генераторов вследствие сложности кинематики и блокам автоматизированного управления ДГ.
Способы устранения неисправностей СУ СЭЭС и их отдельных элементов приве-
дены в технической документации.
2.6. Техническая эксплуатация автоматизированных устройств
Техническая эксплуатация и ответственность за исправное состояние автоматизиро
ванных устройств возлагаются на членов судового экипажа, в заведовании которых они находятся:
1. на судовых механиков в части пневматических, гидравлических и механических средств автоматизации в соответствии с их заведованием;
2. на электромехаников в части электрических средств автоматизации, в том числе электрических элементов, конструктивно входящих в состав перечисленных выше средств автоматизации.
На судах со знаком автоматизации А1 в символе класса Регистра или соответствую
щими знаками автоматизации иностранных классификационных обществ организация тех
нического использования СТС должна соответствовать требованиям Положения об эксплу
атации судов без постоянного присутствия вахтенного персонала в центральном посту уп-
равления и машинных отделениях.
Вне зависимости от знака автоматизации при эксплуатации автоматизированных устройств обязательно выполнение ПТЭ СТС и инструкций.
Ввод автоматизированных устройств в режим автоматического или дистанционно
го управления выполняют после проведения работ по подготовке средств автоматизации к действию.
Указанные средства должны использоваться в полном объеме, соответствующем присвоенному судну знаку автоматизации и принятой форме вахтенной службы.
Ввод в действие автоматизированных устройств после продолжительного нерабоче
го периода, ТО с выводом из действия или ремонта должен выполняться механиком по за
ведованию с участием электромеханика.
При вводе в действие автоматизированных устройств необходимо:
1. убедиться в готовности технических средств к действию;
2. установить органы управления в исходное положение;
3. включить питание и по сигнальным лампам и штатным контрольно-измеритель-
ным приборам убедиться в подаче напряжения;
4. убедиться в правильности действия автоматизированных устройств по лампам исполнительной сигнализации или при помощи других средств контроля после изменения положения органов управления или нажатия кнопки "Пуск".
Проверка функциональных узлов автоматизированных устройств должна прово-
диться в порядке, установленном инструкциями завода-изготовителя.
При ежедневном осмотре электрооборудования электромеханик обязан:
1. провести внешний осмотр автоматизированных устройств и отдельных узлов, об-
ращая внимание на их чистоту, отсутствие посторонних предметов, потеков жидкостей, коррозионных и механических повреждений, а также закрытие крышек и дверей;
2. проверить исправность сигнальных ламп, находящихся в действии, и заменить неисправные.
При обнаружении выхода контролируемых или регулируемых параметров, времен-
ных задержек, уставок срабатывания за пределы установленных значений необходимо в возможно короткий срок выполнить настройку и регулировку средств автоматизации (механиком по заведованию совместно с электромехаником или специализированной бере
говой организацией).
В случае систематических отказов автоматизированных устройств соответствую
щее донесение направляется судовладельцу.
Отключение автоматизированных устройств и переход на ручное управление прово
дятся с разрешения старшего механика и с ведома вахтенного механика при ТО или ремон
те, а также для устранения неисправностей.
При выводе из действия автоматизированных устройств необходимо:
1. установить органы управления в положение, соответствующее выключенному состоянию;
2. убедиться в правильности выполнения команды по лампам исполнительной сигнализации или при помощи других средств контроля;
3. выключить питание.
При исчезновении питания или возникновении неисправностей в работе автомати-
зированных устройств, а также при появлении сигналов, причину которых лица вахтенной службы определить не в состоянии, необходимо сообщить об этом электромеханику.
При обесточивании судна вахтенный механик и электромеханик должны принять все меры к немедленному восстановлению работы автоматизированных устройств, руко-
водствуясь инструкциями, которые должны быть разработаны судовладельцем для каждо
го типа судна и вывешены в машинном отделении (ЦПУ).
При непосредственной угрозе затопления автоматизированных устройств они долж
ны быть выведены из действия.
Контрольные вопросы
1. По каким характерным признакам классифицируются современные СУ СЭЭС?
2. Перечислите операции, выполняемые на разных уровнях иерархии СУ СЭЭС
3. Каков объем автоматизации управления СЭЭС, выполняемый СУ СЭЭС типа «Ижора-М»?
4. При каких условиях выдается команда на включение резервного ДГ в СУ СЭЭС типа «Ижора-М»?
5. В чем состоит блокировка пуска из ходовой рубки мощных приемников в СУ СЭЭС типа «Ижора-М»?
6. При каких условиях не блокируется пуск мощных приемников в СУ СЭЭС типа «Ижора-М»?
7. Каково назначение устройства ЗОФН в СУ СЭЭС типа «Ижора-М»?
8. Назовите составные части микропроцессорной системы управления
9. Что такое «процессор»? «микропроцессор»?
10. Каково назначение арифметико-логического устройства, устройства управления и рабочих регистров микропроцессорной системы управления?
11. Какие виды запоминающих устройств используются в микропроцессорных системах управления? Какова их элементная база?
12. Объясните функции устройств ввода-вывода информации микропроцессорных систем управления?
13. Каково назначение шин микропроцессорных систем управления? Какие виды шин применяются в этих системах?
14. Каково назначение интерфейсных устройств микропроцессорных систем управления?
15. Каковы функции микроЭВМ DMR и GMR в системе АSА-S?
16. Каковы функции системы АSА-S?
17. Какие виды датчиков применяются в системе АSА-S?
18. Каким образом выводится информация в системе АSА-S?
19. Как осуществляется обмен информацией между микроЭВМ DMR и GMR в си-
стеме АSА-S?
20. Какой алгоритмический язык использован в в системе АSА-S? Приведите не-
сколько команд на этом языке
21. Какие функции выполняет защитное устройство AGS системы АSА-S?
22. Что такое безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, наработка на от-
каз аппаратуры?
23. Какие факторы влияют на надежность аппаратуры? Каковы способы повыше-
ния надежности аппаратуры?
24. В чем заключается диагностирование и прогнозирование технического состоя-
ния СУ СЭЭС?
25. В чем состоит техническая эксплуатация автоматизированных устройств?
26. Каковы действия обслуживающего персонала при вводе в работу и выводе из нее автоматизированных устройств?
РАЗДЕЛ 2. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ
2.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1. Основные понятия
1.1. Понятие „электрический привод”
В науке, технике и производстве в области электропривода применяют следую-
щие термины и определения понятий ( ГОСТ 16593-79 ).
Электрическим приводом называется электромеханическая система, предназначен-
ная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.
В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств ( рис.8.1 ):
Рис. 8.1. Структурная схема электропривода
Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров в
электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.
В качестве преобразовательных устройств используются:
ное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же часто
ты;
Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.
Выпрямители
На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве
источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся:
Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.
Трансформаторы
Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Одна-
ко они нашли самое широкое применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электропри-
водами напряжением 380 и 660 В.
Преобразователи частоты
На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в элек-
троприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузо-
подъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.
Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электри-
ческой энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов
( система генератор двигатель ), механической энергии в электрическую.
К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.
Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.
К передаточным устройствам относят механические , гидравлические и другие пе-
редачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и
рулевых механизмах Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устрой
ством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым бараба-
ном лебёдки.
Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центро-
бежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.
Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным
электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устрой-
ства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, останов-
ку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера ( с рукояткой управления ) и
станции управления, внутри корпуса которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты контакторы, реле, предохранители и др.
В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляю-
щего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответ-
ствии с заданными алгоритмами ( программами ).
При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя меха-
низмами крана ( подъём, поворот, стрела ), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики, силу тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.
1. 2. Классификация электроприводов
Электроприводы классифицируются ( различаются ) по нескольким признакам.
Рассмотрим основные признаки.
По области применения различают 2 вида электроприводов:
По роду тока различают 2 вида электроприводов:
Переход судовых электроприводов на переменный ток завершился в начале 60-х
годов 20 столетия. Это стало возможным после начала производства ( в б. СССР ) элек-
трических машин , предназначенных специально для работы на судах. Такие электриче-
ские машины называют машинами морского исполнения.
По способу передачи энергии от электродвигателя к механизму различают 3 вида
электроприводов:
Групповым называют электропривод, в котором один электродвигатель приводит в
движение несколько исполнительных механизмов. Пример: токарный станок, в котором электродвигатель вращает патрон с заготовкой и одновременно перемещает суппорт
станка с бабкой, в которой зажат резец. Суппорт при этом движется поступательно ( влево вправо ) вдоль станины станка. На судах групповые приводы применяются крайне ред-
ко.
Одиночным называют электропривод, в котором электродвигатель приводит в движение только один исполнительный механизм. Пример: электропривод насоса или вентилятора, в котором крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.
Многодвигательным называют электропривод, в котором каждый рабочий орган
механизма приводится в движение отдельным электродвигателем. Пример: электропри-
вод грузового крана, имеющий 3 механизма подъёма груза, поворота и изменения вылета стрелы. Каждый из этих механизмов имеет «свой» электродвигатель.
По степени автоматизации различают 3 вида электроприводов:
В неавтоматизированном электроприводе человек участвует на всех стадиях
управления электроприводом. Пример: электропривод вентилятора, управляемый при помощи поста управления с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп». Оба действия пуск и остановка, выполняет человек путём нажатия соответствующей кнопки.
В автоматизированном электроприводе функции управления разделены между человеком и управляющим устройством. Обычно человек задаёт программу работы электропривода, остальное же выполняет управляющее устройство.
Пример: электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями. Пусть оператор ( лебёдчик ) резко перевёл рукоятку командоконтроллера из нулевого положения сразу в 3-е в направлении «Подъём». Двигатель при этом включится не на 3-й скорости, а на 1-й, что позволит избежать поломки редуктора, а далее разгон электродвигателя произойдёт постепенно, с задержкой при переходе с 1-й скорости на 2-й, а затем со 2-й к 3-ю. Эту задержку обеспечивают два реле времени, входящие в состав управляющего устройства.
В автоматическом электроприводе роль человека сводится лишь к наблюдению за работой электропривода.
Пример: автоматический рулевой. На начальном этапе участие человека заключает
ся в подаче питания на рулевой электропривод ( электромеханик ) и в выведении судна на требуемый курс, например, при помощи штурвала ( рулевой матрос или вахтенный помощ
ник ). После этого на тумбе управления рулевым электроприводом ( мостик ) переключа-
тель видов управления устанавливают в положение «Автомат». В зависимости от условий плавания, такой режим может длиться от нескольких часов до нескольких десятков суток.
По возможности изменения скорости различают 2 вида электроприводов:
Пример нерегулируемого электропривода: электропривод вентилятора, управление
которым состоит только в пуске и остановке, а скорость не регулируется.
Примеры регулируемого электропривода: 1. электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями ; 2. электропривод якорно-швартовного устройства с 6-ю скоростями.
По возможности изменения направления вращения различают 2 вида электро
приводов:
Пример нереверсивного электропривода: электропривод вентилятора, управление
которым состоит только в пуске и остановке, а направление вращения не изменяется.
Примеры реверсивного электропривода: 1. электропривод грузовой лебёдки с 2-мя режимами: «подъём» и «спуск» ; 2. электропривод якорно-швартовного устройства с 2-мя режимами: «травить» и «выбирать».
По назначению различают 5 видов судовых электроприводов:
1. рулевые;
2. якорно-швартовные ( брашпили и шпили );
К последней группе относят электроприводы:
1. подруливающих устройств;
2. систем кренования и дифферента;
Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности су-
дов. С их помощью судно может перемещаться лагом ( бортом ) и даже совершать полный оборот на месте. Такие устройства применяют на обычных транспортных судах, а также на судах паромах, предназначенных для перевозки колёсной техники.
Системы кренования и дифферента применяют на ледокольных судах, для освобо
ждения судна, зажатого во льдах и придания корпусу судна необходимой осадки.
Системы успокоителей качки применяют , в основном, на пассажирских судах и морских паромах, в условиях, когда качка достигает 35…40º. С помощью успокоителей
Удается уменьшить амплитуду качки до 5…7º.
Системы откренивания судна применяют на судах с горизонтальным способом погрузки ( суда типа ро-ро ) для выравнивания крена. Применение этих систем повышает безопасность грузовых операций и обеспечивает надёжность работы въездной аппарели.
Автоматические швартовные лебедки применяют на судах с целью поддер-
жания постоянного усилия в швартовном канате при стоянке судна в порту или на рейде. При увеличении натяжения каната лебедка включается и потравливает канат до тех пор, пока усилие в канате не уменьшится до заданного. При уменьшении натяжения каната лебедка включается и набивает канат до заранее заданного усилия.
1.3. Силы и моменты, действующие в системе электропривода
Статические моменты
Определение «статический момент»
В состав каждого электропривода входит рабочая машина, например, насос, грузо-
вая лебедка, рулевая машина и т.п.
Каждая такая машина имеет рабочий орган, предназначенный для выполнения полезной работы. К рабочим органам относят: у насоса - крыльчатку , у грузовой лебедки - крюк для подвески груза ( гак ), у рулевого устройства - перо руля и т.п.
Таким образом, к валу электродвигателя электропривода приложены два момента:
электромагнитный момент самого двигателя и момент, создаваемый рабочей машиной и передачей ( если она есть ). Последний называется статическим моментом.
Важно подчеркнуть, что статический момент имеет чисто механический характер.
Направление действия статических моментов
В зависимости от выполняемой электроприводом операции каждый из них может быть как движущим, так и тормозным.
Движущими или положительными называют моменты, направленные в сторону движения и вызывающие или способствующие ему.
Тормозные или отрицательные моменты направлены навстречу движению и пре-
пятствуют ему.
1.4. Виды статических моментов
Различают два вида статических моментов: активные ( потенциальные ) и реактив-
ные.
Активным называют момент, который вне зависимости от направления движения всегда действует в одну сторону. Такой момент создают, например, масса поднятого груза, силы упругости предварительного сжатых, растянутых или скрученных упругих тел и др.
В системе координат ω ( М ) связь угловой скорости ω и статического момента М
показана при помощи вертикальной линии, проходящей через 1-й и 4-й квадранты
( рис. 8.2, а ).
Рис. 8.2. Активный ( а ) и реактивный ( б ) статический моменты
Действительно, если считать, что активный момент создан подвешенным грузом,
то статический момент М= G*R = const ( G вес груза, R радиус барабана лебедки ).
Он имеет одно и то же значение при любой скорости, в том числе при скорости, равной нулю.
Кроме того, направление этого момента не зависит от направления перемещения груза ( вверх или вниз ), что объясняется тем, что действие силы тяжести груза также не зависит от того, поднимают или опускают груз. Как известно, сила тяжести всегда направ
лена к центру Земли.
Реактивным называют момент, возникающий как реакция среды на движение электромеханической системы. Поэтому он действует только во время движения и всегда
навстречу ему. Поэтому при изменении направления движения реактивный момент изме-
няет направление действия и во всех случаях будет тормозным ( отрицательным ).
Такой момент создают силы трения, например, трение крыльчатки вентилятора о воздух, трение шестерней в редукторе и т.п.
В системе координат ω ( М ) связь угловой скорости ω и статического момента М
показана при помощи вертикальных линий, проходящих через 1-й и 3-й квадранты ( рис. 8.2, б ).
В общем случае статический момент представляет собой алгебраическую сумму
моментов во всех частях рабочей машины. Если в электроприводе вентилятора статиче-
ский момент создается только в результате трения крыльчатки о воздух и имеет реактив-
ный характер, то в электроприводе лебедки действую одновременно два момента актив-
ный, созданный подвешенным грузом, и реактивный, созданный силами трения в редук-
торе и в самом двигателе.
Поэтому в общем случае статический момент механизма находится как алгебраиче
ская сумма реактивного и активного моментов, т.е.
М= ±М± М ( 8.1 ).
1. 5. Приведение статических моментов к валу электродвигателя
В простых по устройству механизмах рабочий орган соединен с электродвигате
лем непосредственно ( напрямую ).
Например, в электроприводе насоса его крыльчатка закреплена непосредственно
на валу электродвигателя. В этом случае статический момент , созданный крыльчаткой насоса, равен полезному моменту на валу электродвигателя. Иначе говоря, передача энер
гии от электродвигателя к насосу происходит без потерь энергии.
В более сложных по устройству механизмах, например, лебедках, брашпилях и
т.п. используют передачи ( редукторы ). В этом случае в передаче возникают потери энер
гии, в результате чего статический момент механизма и полезный момент двигателя неодинаковы ( больше полезный момент двигателя ) .
Между тем, для того, чтобы подобрать электродвигатель под механизм, надо
предварительно рассчитать полезный момент двигателя по заранее заданным параметрам параметрам механизма и передачи.
Такой расчет полезного момента двигателя по заданным параметрам механизма
и передачи называют приведением статического момента ( механизма ) к валу электродви
гателя.
Рассмотрим такой расчёт на примере упрощенного электропривода лебёдки, состоящего из электродвигателя М, одноступенчатого редуктора Р и грузового барабана Б ( рис. 8.3 ).
Рис. 8.3. Кинематическая схема электропривода лебёдки: М электродвигатель,
Р редуктор, Б грузовой барабан
Пусть предварительно заданы параметры механизма и передачи, а именно: статический момент механизма М, а также коэффициент полезного действия передачи η и её передаточное число ί.
Далее рассуждаем так.
Мощность на валу электродвигателя
Р = ω * М ( 1 )
Мощность на валу механизма
Р= ω* М ( 2 )
Мощности Р и Рсвязаны через коэффициент полезного действия передачи:
η = Р / Р ( 3 )
Подставим в формулу ( 3 ) правые части формул ( 1 ) и ( 2 ):
η = ω * М / ω * М ( 4 )
Из формулы ( 4 ) найдем момент на валу электродвигателя
М= (ω * М ) / ( η* ω ) = М / ( η*ί ) ( 5 ),
где: ί = ω / ω - передаточное число передачи ( редуктора ).
Анализ формулы приведенного момента
Момент на валу электродвигателя тем больше, чем больше статический момент М и чем меньше кпд η и передаточное число ί передачи.
1. 6. Режимы работы электроприводов
В зависимости от изменения скорости электропривода, различают два режима его работы
1. установившийся или статический режим, при котором скорость не изменяется;
2. переходный или динамический режим, при котором скорость изменяется.
Переходный режим может возникнуть в таких случаях:
1. при изменении параметров двигателя, например, при регулировании скорости изменением сопротивления в цепи обмотки якоря;
2. при изменении параметров механизма, например, при изменении подачи насоса;
3. при изменении параметров судовой сети, например, при колебаниях напряжения.
В динамическом режиме, в дополнение к ранее рассмотренным электромагнитному
моменту двигателя М и статическому моменту механизма М, на валу двигателя возни-
кает дополнительный, т.к. называемый динамический момент М.
Появление этого момента объясняется действием сил инерции всех без исключения движущихся частей электропривода. Например, в электроприводе лебедки динамический момент появляется вследствие инерции якоря электродвигателя, шестерней редуктора, грузового барабана и самого груза.
Динамический момент, возникающий под действинм сил инерции, увеличивает время переходных процессов, например, время пуска и остановки электропривода.
Для уменьшения динамического момента в двигателях специального исполнения
уменьшают диаметр ротора и одновременно, для сохранения мощности двигателя, увели-
чивают его длину. Такие двигатели применяют в электроприводах грузоподъемных меха-
низмов. Их применение позволяет сократить время пуска и остановки элекитропривода, а значит, повысить производительность грузовых лебедок и кранов.
Серии таких электродвигателей называются крановыми ( от грузового крана ).
1. 7. Механические характеристики электродвигателей
Понятие «механическая характеристика электродвигателя» было приведено выше.
Повторим и разовьем это понятие.
Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зави
симость угловой скорости вала двигателя ω ( далее двигателя ) от электромагнитного мо
мента двигателя М, т.е зависимость ω (М).
Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов
М = М, в установившемся режиме электромагнитный момент двигателя определяется
величиной статического момента механизма. Это означает, что величина электромагнит-
ного момента двигателя полностью зависит от момента механизма чем больше тормоз-
ной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот. Иначе го-
воря, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной его скорость.
Различают естественные и искусственные механические характеристики электро
двигателей.
Естественная механическая характеристика - это зависимость ω ( М ), снятая при нормальных условиях работы двигателя, т.е. при номинальных параметрах питающей сети и отсутствии добавочных резисторов в цепях обмоток двигателей.
К параметрам питающей сети относят:: на постоянном токе напряжение, на пере-
менном напряжение и частота тока.
Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искус-
ственными.
Искусственные характеристики можно получить путем изменения параметров само
го двигателя, например, путем введения резисторов в цепь обмотки якоря двигателя посто
янного тока или в цепь обмотки статора асинхронного двигателя, либо изменением пара-
метров питающей сети, т.е. напряжения и частоты переменного тока.
Каждый электродвигатель имеет одну естественную и множество искусственных
характеристик. Число последних зависит от числа ступеней регулирующего элемента, на-
пример, числа ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя посто-
янного тока. Если у двигателя таких ступеней пять, то такой двигатель имеет шесть ха-
рактеристик пять искусственных и одну естественную.
Искусственные механические характеристики применяются для получения таких режимов работы двигателя, как регулирование скорости, реверс, электрическое торможе
ние, и др.
Рассмотрим естественные механические характеристики двигателей разных типов.
Рис. 8.4. Естественная механическая ( а ) и угловая ( б ) характеристики синхрон
ного двигателя; θ угол отставания оси ротора от оси магнитного поля обмотки статора
Естественная механическая характеристика синхронного двигателя ( рис. 8.1, а ) абсолютно жесткая, потому что ее жесткость
β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 = ∞.
Иначе говоря, при изменении электромагнитного момента М двигателя в широких пределах скорость двигателя не изменяется.
Cтабильность скорости ротора синхронного двигателя объясняется при помощи угловой характеристики синхронного двигателя θ ( М ) следующим образом ( рис.8.14, б ).
Если механическая нагрузка к ротору не приложена, то оси ротора и вращающегося магнитного поля обмотки статора совпадают, т.е. θ = 0° ( точка 0 на рис. 8.14, б ). Электромагнитный момент двигателя М = 0, двигатель работает в режиме холостого хода.
Если приложить к валу двигателя механическую нагрузку и увеличивать ее, то ро-
тор под действием механической нагрузки станет отставать от магнитного поля обмотки статора на все больший угол θ. Чем больше механическая нагрузка на валу, тем больше этот угол и тем больше вращающий электромагнитный момент двигателя.
Такое одновременное увеличение вращающего момента двигателя, вызываемое уве
личением тормозного момента механизма как раз и обеспечивает стабильность скорости двигателя ( на рис. 8.4, а участок характеристики от М = 0 до М = М).
Однако постоянство скорости двигателя сохраняется до тех пор, пока угол θ≤90°.
При θ = 90° двигатель развивает критический ( максимальный ) момент М( точка А на рис. 8.4, а ).
Если при θ = 90° вновь увеличить механическую нагрузку ( θ > 90° ), электромаг-
нитный момент двигателя станет уменьшаться ( отрезок АВ угловой характеристики ), т.е
этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость рото
ра двигателя станет уменьшаться, и в конце концов ротор остановится.
Поскольку при этом скорость ротора меньше скорости вращающегося магнитного поля обмотки статора, говорят, что двигатель выпал из синхронизма.
Как следует из угловой характеристики двигателя, условие выпадения двигателя из синхронизма такое: : θ≤90°.
На практике номинальный угол θ= 20…40°.
Область применения синхронных двигателей: на судах в качестве гребных элект-
родвигателей, вращающих винты; на берегу для привода мощных механизмов, напри-
мер, компрессоров на газоперекачивающих станциях.
Рис. 8.5. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралель-
ного возбуждения ( рис. 8.5 ) жесткая, потому что ее жесткость
β = ΔМ / Δω ≤ 10%.
Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя в широких пределах его скорость достаточна стабильна ( т.е. изменяется незначительно ).
Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-
ких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко - в электроприводах насо-
сов, вентиляторов и т.п.
Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последова-
тельного возбуждения ( рис. 8.6 ) мягкая, потому что ее жесткость
β = ΔМ / Δω > 10%.
Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя даже в не-
больших пределах его скорость изменяется значительно.
Рис. 8.6. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
Напомним две характерные особенности этого двигателя:
скорость двигателя резко увеличивается, двигатель «идет вразнос». Поэтому этот двига-
тель нельзя оставлять без нагрузки на валу;
гателей других типов.
Эти двигатели не применяются на судах, но применяются на берегу, например, в электротранспорте, в частности, в троллейбусах, где они не остаются без нагрузки на валу и где нужны большие пусковые моменты ( при трогании троллейбуса с места ).
Рис. 8.7. Естественные механическиея характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения: 1- с параллельно-последовательным возбуждением;
2 - с последовательно- параллельным возбуждением
Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанно-
го возбуждения является промежуточной между характеристиками двигателей паралель-
ного и последовательного возбуждения, т.к. магнитный поток возбуждения создается сов-
местным действием обеих обмоток параллельной и последовательной.
Различают два вида двигателей смешанного возбуждения:
зультирующего магнитного потока создает параллельная обмотка ( до 70%, остальные 30% - последовательная );
2. с последовательно- параллельным возбуждением, у которых основную часть ре-
зультирующего магнитного потока создает последовательная обмотка ( до 70%, остальные 30% - параллельная ).
Поэтому график механической характеристики двигателя первого вида более жест-кий, чем у двигателя второго вида.
Обе механические характеристики - мягкие, потому что их жесткость
β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 > 10%.
На судах двигатели смешанного возбуждения применяются в регулируемых элект-
роприводах лебедках, кранах, брашпилях и шпилях.
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет два участка нерабочий ( разгонный ) АВ и рабочий ВСD ( рис. 8.8 ).
Рис. 8.8. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
При пуске двигатель развивает пусковой момент М( отрезок ОА ), после чего раз
гоняется по траектории АВС до точки С. При этом на участке АВ одновременно увеличи-
ваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент М. На участке ВС скорость продолжает увеличиваться, а момент уменьшается, вплоть до номинального ( точка С ). На участке BC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального ( М >
> М).
В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого
β = ΔМ / Δω < 10%.
Это означает, что при изменении момента в широких пределах скорость двигателя изменяется незначительно.
Асинхронные двигатели нашли самое широкое применение на судах с электростан-
цией на переменном токе.
Промышленность выпускает специально для судов асинхронные двигатели разных
серий, например, 4А…ОМ2 ( четвертая серия асинхронных двигателей ), МАП ( морской асинхронный полюсопереключаемый ), МТF ( c фазным ротором ) и др.
При этом двигатели серии 4А односкоростные, серии МАП двух- и трехскорост
ные, серии МТF число скоростей определяется схемой управления ( до 5 скоростей ).
1.8. Механические характеристики исполнительных механизмов
Если для любого электродвигателя входной величиной является статический мо-
мент механизма, а выходной его скорость, то для механизмов, наоборот, входной величи
ной является скорость ω ( от двигателя ), а выходной статический момент механизма М.
Это означает, что при любом изменении скорости механизма ( двигателя ) будет изменяться его статический момент М.
Зависимость статического момента механизма Мот его угловой скорости ω назы
вается механической характеристикой механизма - М( ω ).
Таким образом, система координат для изображения механических характеристик
механизмов это М( ω ).
. Различают два вида механических характеристик:
мент не изменяется ( рис. 8.9, характеристика 1 ).
Такая характеристика описывается уравнением
М= сonst ( 6 ),
т.е. момент не зависит от скорости.
сти ( рис. 8.9, характеристика 2 ).
Такая характеристика описывается уравнением
М= М+ ΔМ ( 7 ),
где М- момент холостого хода;
ΔМ = сω- момент, создаваемый рабочим органом механизма при выполнении полезной работы ( с постоянный коэффициент, ω угловая скорость вала механизма ).
Рис. 8.9. Механические характеристики механизмов: а в системе координат
М( ω ); б - в системе координат ω (М)
Крановые характеристики имеют механизмы грузовых кранов, лебедок, брашпи-
лей, т.е. механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести.
Статический момент таких механизмов
М= GD/2 = const ( 8 ),
где G вес груза ( у брашпилей весом якоря с якорь-цепью );
D диаметр грузового ( у брашпилей якорного ) барабана.
Вентиляторные характеристики имеют центробежные вентиляторы, насосы и др.
У таких механизмов условия пуска легкие, т.к. при пуске на валу механизма есть небольшой момент холостого хода М, создаваемый силами трения в элементах привода.
Однако по мере разгона статический момент механизма резко увеличивается за счет того, что к моменту холостого хода добавляется момент ΔМ = сω, создаваемый си
лами трения рабочего органа ( крыльчатки ) о среду ( у вентиляторов воздух, у насосов перекачиваеая жидкость ).
Таким образом, для изображения механических характеристик двигателей применя
ют систему координат ω (М), механических характеристик механизмов «перевернутую» систему М( ω ).
Применение разных систем координат для двигателей и механизмов создает трудно
сти при рассмотрении электромеханических свойств электропривода в целом, состоящего из электродвигателя и механизма.
Поэтому на практике для изображения механических характеристик двигателей и механизмов принята единая система координат ω (М), т.е система, принятая для механи-
ческих характеристик электродвигателей.
В этой системе координат механические характеристики механизмов показаны на рис. 8.19, б.
1.9. Изменение скорости электродвигателей
Различают два вида изменения скорости электродвигателя:
Под естественным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее в
результате изменения статического момента механизма.
При естественном изменении скорости электродвигатель работает на своей естест-
венной механической характеристике.
Под искусственным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее в
результате изменения параметров питающей сети или самого электродвигателя при помо-
щи схемы управления электродвигателя.
Под параметрами сети понимают:
Под параметрами электродвигателя понимают:
лельной ( независимой ) обмотки возбуждения;
мотки фазного ротора.
Если многоскоростной асинхронный двигатель имеет на статоре несколько обмо-
ток ( обычно 2….3 ) с разным числом пар электромагнитных полюсов, то механические характеристики, соответствующие работе двигателя на каждой скорости, являются есте-
ственными.
При искусственным изменении скорости электродвигатель работает на искусст-
венной механической характеристике.
Искусственные механические характеристики предназначены для изменения ( регу
лирования ) скорости электродвигателя в соответствии с технологическими особенностя-
ми работы механизма. Например, электроприводы грузовых лебедок на постоянном токе могут иметь до 6 скоростей, на переменном токе обычно 3 скорости.
Следует сделать важное замечание: при работе двигателя на искусственной харак-
теристике одновременно может происходить и естественное изменение скорости электро
двигателя вследствие изменения статического момента механизма.
Например, при выбирании якоря при помощи ЯШУ скорость электродвигателя, работающего на искусственной характеристике вначале может быть большой, а затем, по мере увеличения натяжения якорь-цепи, будет постепенно уменьшаться, вплоть до полной остановки электродвигателя с его переходом в режим стоянки под током.
При естественном изменении скорости возникает процесс саморегулирования элек-
родвигателей постоянного и переменного тока.
1. 10. Саморегулирование электродвигателей
Любое изменение статического момента механизма ( т.е. механической нагрузки на валу рабочего органа электропривода ) автоматически приводит к такому же изменению электромагнитного момента двигателя в результате возникающего при этом процесса саморегулирования электродвигателя.
Под саморегулированием понимают автоматическое изменение электромагнитного момента двигателя вследствие изменения момента механизма.
Рассмотрим процесс саморегулирования двигателя постоянного тока при помощи логической цепочки:
М ↑→ ω↓→ Е= с ωФ↓→ М= = с IФ↑ ( 9 )
Словами: при увеличении механической нагрузки на валу ( механического момен-
та ) скорость электродвигателя ω, а значит, значение противоэлектродвижущей силы обмотки якоря двигателя Е= с ωФ уменьшаются, что приводит к увеличению тока якоря двигателя I= ( U E ) / Rи его электромагнитного момента М=
= с IФ.
Сравнивая начало логической цепочки ( увеличение механического момента ) и её конец ( увеличение электромагнитного момента двигателя ), можно сделать вывод:
увеличение механического момента на валу автоматически привело к увеличе
нию электромагнитного момента двигателя.
При этом скорость электродвигателя уменьшилась, а ток увеличился.
Аналогичную цепочку можно записать и для саморегулирования асинхронного двигателя переменного тока.
Такая взаимосвязь механической нагрузки на валу и электромагнитного момента двигателя объясняется действием закона сохранения энергии чем больше нагрузка меха-
низма, тем больше нагрузка электродвигателя.
1.11. Устойчивость работы электропривода
Электропривод представляет собой электромеханическую систему, которая должна работать устойчиво.
Электропривод работает устойчиво в установившемся режиме.
Напомним, что установившимся режимом электропривода называется такой, при котором скорость привода не изменяется, потому что вращающий электромагнитный мо-
мент двигателя механизма равен тормозному моменту механизма:
М = М.
Поясним это на примере ( рис. 8.10, а ).
Рис. 8.10. Совмещенные механические характеристики электродвигателя и механизмов
На рис. 8.10, а изображены механические характеристики: электродвигателя 1; лебедки ( крана ) 2; центробежного насоса 3.
Точка пересечения механических характеристик электродвигателя и механизма как
раз и соответствует установившемуся режиму работы привода, потому что именно в этой точке угловая скорость электродвигателя равна угловой скорости механизма, и, аналогич-
но, вращающий электромагнитный момент двигателя равен тормозному моменту механиз
ма.
Пусть один и тот же электродвигатель, имея механическую характеристику 1, по-
очередно используется в электроприводе крана ( характеристика 2 ), а затем - насоса ( ха-
рактеристика 3 ).
Тогда двигатель будет работать устойчиво либо со скоростью ω( кран ), либо со скоростью ω( насос ).
Для проверки устойчивости систему надо перевести из статического режима рабо-
ты в динамический, создав внешнее возмущающее воздействие.
Таким воздействием может служить: для лебедки скачкообразное увеличение веса груза, для насоса скачкообразное изменение степени открытия клапана.
Напомним, что систему называют устойчивой, если она, будучи выведена из состо-
яния равновесия и предоставлена самой себе, с течением времени вернется к старому уста
новившемуся состоянию или перейдет в новое такое состояние.
На устойчивость электроприводов влияет множество факторов, к основным из ко-
торых относятся:
Рассмотрим поочередно действие каждого из перечисленных факторов на устойчи-
вость работы электропривода
1.12. Влияние на устойчивость работы электродвигателя его эксплуатацион-
ных характеристик
В качестве примера рассмотрим основную эксплуатационную характеристику асин
хронного электродвигателя механическую ω ( М ), т.е. зависимость угловой скорости двигателя от его электромагнитного момента ( рис. 8.10, б )..
На этой характеристике выделим два участка рабочий 9-3 и нерабочий 3-6.
На участке 9-3 двигатель работает устойчиво, на участке 3-6 неустойчиво.
Объясним сказанное более подробно.
Вначале рассмотрим участок 9-3.
Пусть двигатель устойчиво работает в точке 4, т.е. со скоростью ωи электромаг-
нитным моментом М = М.
Внесем в работу двигателя внешнее возмущение, а именно: с помощью сторонних
( например, механических ) сил разгоним двигатель до точки 7, после чего уберем эти силы.
Как после этого поведет себя двигатель?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо сравнить величину двух моментов вращаю-
щего электромагнитного двигателя М и тормозного статического механизма М.
Если в точке 4 оба момента были одинаковы ( это обеспечивало установившийся режим работы привода с постоянной скоростью ), то в точке 7 электромагнитный момент М двигателя уменьшился, а тормозной статический Мне изменился.
Иначе говоря, в точке 7 тормозной момент М оказался больше вращающего М.
В результате двигатель начнет тормозиться по участку 7-4, причем по мере прибли-
жения к точке 4 электромагнитный момент двигателя возрастает и в точке 4 снова уравня-
ется со статическим.
В точке 4 вновь наступит установившийся режим.
Таким образом, на участке 4-7 двигатель, выведенный внешним возмущением из установившегося режима, вернулся в прежнее состояние после прекращения действия внешнего возмущения.
Значит, на участке 4-7 асинхронный двигатель работает устойчиво.
Рассуждая аналогично, можно показать, что так же устойчиво двигатель работает на участке 4-8. На этом участке сторонними силами надо тормозить ротор двигателя до точки 8, в которой момент двигателя М станет больше статического М. В результате,
после прекращения действия внешнего возмущения, двигатель станет разгоняться и вер-
нется в точку 4.
Теперь рассмотрим работу двигателя на участке 3-6.
Пусть двигатель устойчиво работает в точке 1, т.е. со скоростью ω'и электромаг-
нитным моментом М = М.
Внесем в работу двигателя внешнее возмущение, а именно: с помощью сторонних
( например, механических ) сил разгоним двигатель до точки 2, после чего уберем эти си-
лы.
Сравним в точке 2 величину двух моментов вращающего электромагнитного дви
гателя М и тормозного статического механизма М.
В этой точке электромагнитный момент М двигателя увеличился, а тормозной ста-
тический Мне изменился.
Иначе говоря, в точке 2 вращающий момент М оказался больше тормозного момен
та М.
В результате двигатель начнет разгоняться по участку 2-3-8-4 до точки 4, в которой наступит установившийся режим.
Таким образом, в результате действия внешнего возмущения двигатель не вернулся в старое, исходное состояние ( точка 1 ), а перешел в новое установившееся ( точка 4 ).
Значит, работа двигателя на участке 1-3 неустойчива.
Рассуждая аналогично, можно показать, что так же не устойчиво двигатель работа
ет на участке 1-6.
Если двигатель перевести из точки 1 в точку 5, принудительно затормозив ротор сторонними силами, то в точке 5 электромагнитный момент двигателя станет меньше ста-
тического. Поэтому, если убрать внешние силы, двигатель станет тормозиться и остановит
ся в точке 6. В этой точке наступит установившийся режим стоянки под током.
Таким образом, в результате действия внешнего возмущения двигатель не вернулся в старое, исходное состояние ( точка 1 ), а перешел в новое установившееся ( точка 6 ).
Значит, работа двигателя на участке 1-6 неустойчива.
Получим условие устойчивой и неустойчивой работы асинхронного двигателя.
На участке 9-3 ( устойчивая работа ) жесткость механической характеристики
α = < 0,
т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 7 в точку 4, скорость падает ( Δω < 0 ), и наоборот.
На участке 3-6 ( неустойчивая работа ) жесткость механической характеристики
α = > 0,
т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 1 в точку 2 скорость также увеличивается, ( Δω > 0 ), и наоборот.
Таким образом, двигатель работает устойчиво на участке механической характери
стики, где жесткость отрицательна (α < 0 ) и неустойчиво на участке, где жесткость поло-
жительна ( α > 0 ).
Влияние на устойчивость электропривода напряжения сети.
Опрокидывание эектродвигателя
Рассмотрим влияние напряжения сетина устойчивость электропривода перемен
ного тока.
При глубоких провалах напряжения сети работа асинхронного двигателя становит
ся неустойчивой двигатель может опрокинуться.
Под опрокидыванием понимают аварийный режим асинхронного двигателя; при ко-
тором он останавливается или реверсирует. Условие опрокидывания такое:
М' < М,
где М'- критический момент двигателя при пониженном напряжении;
М- статический момент механизма.
Иначе говоря, опрокидывание наступит, если критический момент двигателя станет меньше статического момента механизма.
Напомним, что критический момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения:
М= с,
где U и f- соответственно напряжение и частота тока питающей сети.
Отсюда следует, что при допускаемом Правилами Регистра провале напряжения
сети, равном 15% ( U' = 0,85U) , новое, пониженное значение критического момента составит
М'= М= ( 0,85 ) М= 0,7225 М≈ 0,7 М.
Последствия опрокидывания зависят от характера статического момента механиз
ма, а именно:
1. при реактивном статическом моменте двигатель останавливается и переходит в режим стоянки под током ( насосы, вентиляторы );
2. при активном статическом моменте двигатель вначале останавливается, затем реверсирует и под действием веса начинает разгоняться в направлении на спуск с возра
стающей скоростью ( грузоподъемные механизмы и якорно-швартовные устройства ).
Рис. 8.11. Переходные процессы при опрокидывании двигателя: а при реактивном статическом моменте ( насос, вентилятор ); б при активном статическом моменте ( лебед-
ка, брашпиль )
Рассмотрим процесс опрокидывания двигателя при реактивном моменте механизма
( рис. 8.11, а ).
До провала напряжения двигатель работает на естественной механической характе-
ристике ( ЕМХ ) в точке А с постоянной скоростью ω.
При провале напряжения двигатель переходит из точки А на ЕМХ в точку В на искусствен
ной механической характеристике ( ИМХ ). Скорость электродвигателя не успевает изме-
ниться вследствие инерции движущихся частей электропривода, поэтому в точке В скорость такая же, как и в точке А.
Поскольку в точке В момент двигателя Мменьше момента механизма М, двига
тель начинает уменьшать скорость до точки С. В этой точке критический ( максимальный ) мо-
мент двигателя М' < М, поэтому двигатель продолжит уменьшать скорость до точки Д.
В этой точке двигатель остановится и будет стоять под током с моментом короткого за-
мыкания М до тех. пор, пока не сработает тепловая защита.
Механизмы с активным статическим моментам ( грузовые лебёдки, брашпили) при опрокидывании реверсируют под действием веса груза или якоря.(рис.8.11, б ).
Переходный процесс при провале напряжения сначала протекает так же, как в предыду-
щем случае.
Однако после перехода двигателя в точку Д, двигатель не остановится, а сразу же ре-
версирует и станет разгоняться в обратном направлении ( точки F, F, F ). Поскольку знак электромагнитного момента двигателя не изменился, т.е. направлен в сторону подъёма груза, двигатель перейдёт в режим тормозного спуска и будет стараться уменьшить скорость спус-
ка груза
Однако при этом скорость спуска груза будет непрерывно увеличиваться. Это объясняется тем, что величина тормозного момента двигателя по мере перехода из точки Fв точку Fи далее в точку Fнепрерывно уменьшается ( М< М< М).
Если электродвигатель своевременно не отключить от сети и не затормозить механи-
ческим тормозом, это приведёт к аварии.
1.14. Способы повышения динамической устойчивости САЭП
Для повышения динамической устойчивости САЭП применяют такие способы:
нителей, практически мгновенно отключающих цепи при коротком замыкании в них;
которые практически мгновенно устраняют провалы напряжения и тем самым предотвра-
щают массовое отключение электродвигателей устройствами нулевой защиты ( по сниже-
нию напряжения );
3. использование вместо нулевой защиты по напряжению ( с кнопками «Пуск» и «Стоп» ) минимальной, допускающей автоматическое повторное включение двигателя после восстановления напряжения до номинального;
4. использование в схемах электроприводов электрических и механических блоки
ровок, исключающих возникновение неноминальных ( аварийных ) режимов ( например, блокировка по весу груза в электроприводах ГПМ, отключающая схему управления при попытке подъема груза, большего номинального, и др. );
5. использование в судовых электроприводах электродвигателей с повышенными пусковыми моментами с двумя обмотками на роторе ( двухклеточных ), с фазным рото-
ром и т.п.
Контрольные вопросы
1. Приведите определение «электрический привод», Что такое «судовой электро-
привод»?
2. Каково назначение преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств электропривода? Приведите примеры этих устройств
3. По каким признакам и как именно классифицируются электроприводы?
4. Назовите основные события и их даты, связанные с историей развития электро-
приводов
5. Перечислите основные ( базовые ) параметры электропривода и объясните их
суть
6. Назовите единицы измерения скорости при поступательном и вращательном движении частей электропривода, системные и внесистемные
7. Выведите формулу полезного момента электродвигателя по его паспортным данным
8. Что такое диапазон регулирования скорости? В каких единицах он измеряется?
9. Что такое механическая характеристика электродвигателя? Механическая харак-
теристика механизма? В каких системах координат строятся графики этих характеристик?
10. Приведите понятие «статический момент». Какие виды статических моментов
существуют в электроприводе лебедки при подъеме холостого гака? Номинального груза?
11. Напишите уравнения моментов электропривода лебедки для трех режимов:
подъем груза; силовой спуск; тормозной спуск груза. Объясните роль каждого момента,
входящего в уравнения
12. Для чего выполняется приведение статических моментов к валу электродвигате
ля?
13. Что такое «момент инерции» движущегося тела? Как именно влияет этот мо-
мент на работу электропривода?
14. Что такое «приведение моментов инерции к валу электродвигателя»? С какой целью оно выполняется?
15. В чем состоит отличие приведения статических моментов к валу электродвигате
ля от приведения моментов инерции к валу электродвигателя?
16. Изобразите механические характеристики 6 типов электродвигателей перемен-
ного и постоянного тока и сравните их по степени жесткости
17. Какова область применения синхронных и асинхронных двигателей, а также
двигателей постоянного тока с независимым, параллельным, последовательным и смешан
ным возбуждением?
18. Изобразите графики крановой и вентиляторной характеристик и объясните осо-
бенности каждой
19. Объясните особенности режимов работы электродвигателя в каждом из 4-х квадрантов системы координат ω ( М )
20. Каковы особенности таких режимов работы электропривода: торможение при подъеме; силовой спуск; тормозной спуск?
21. Чем отличается электромеханическая характеристика электродвигателя от меха
нической?
22. Объясните физический смысл уравнения механической характеристики электро
двигателя постоянного тока
23. Объясните, как влияют на режим работы электропривода изменение напряже-
ния питающей сети, изменение параметров самого двигателя, изменение параметров меха-
низма
24. Что такое «саморегулирование» двигателя постоянного тока? Приведите логиче
скую цепочку, поясняющую это физическое явление
И ТОРМОЖЕНИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ. КОММУТАЦИОН-
НО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА И И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ САЭП
1. СПОСОБЫ ПУСКА, РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Способы пуска электродвигателей постоянного тока
1.1. Основные сведения
Для пуска электродвигателей постоянного тока применяют два способа:
1.2. Прямой пуск
При прямом пуске двигатель включается непосредственно в сеть ( рис. 9.1 ), для
чего вручную ( при ручном управлении ) или при помощи аппаратуры ( при автоматизиро-
ванном пуске ) замыкают контакты К1 и К2..
Рис. 9.1. Прямой пуск двигателя: а схема пуска; б пусковая диаграмма
При этом ток I, потребляемый двигателем из сети, в точке «А» разделяется на 2 то-
ка: ток обмотки якоря Iи ток обмотки возбуждения I. В точке «В» эти два тока сое-
диняются. Следовательно, через каждый из контактов, К1 и К2, протекает один и тот же ток I.
По Правилам Регистра, прямой пуск электродвигателей допускается при условии, что номинальная мощность двигателя не превышает 0,5 кВт, т.е. Р≤ 0,5 кВт.
Такое ограничение мощности объясняется тем, что при прямом пуске пусковой ток
якоря двигателя превышает номинальный в десятки раз.
Объясним это на примере.
Пусть электродвигатель имеет такие данные: напряжение U = 220 В, номинальная противоЭДС обмотки якоря Е = 210 В, сопротивление обмотки якоря двигателя R=
= 1 Ом.
Тогда номинальный ток якоря
I= = = 10 А.
При пуске скорость якоря ω = 0, поэтому противоЭДС обмотки якоря
Е = сωФ = с0Ф = 0
( с конструктивный коэффициент, величина постоянная, ω угловая скорость якоря, Ф магнитный поток, созданный параллельной обмоткой возбуждения L ).
Тогда пусковой ток якоря
I= = = = 220 А.
Таким образом, пусковой ток якоря I= 220 А превышает номинальный I=
= 10 А в 22 раза, что недопустимо.
Сказанное подтверждается графиком электромеханической характеристики двига-
теля ω ( I ) на рис. 9.1, б. При пуске двигатель переходит из точки «0» ( начало координат ) в точку «А», в которой пусковой ток I( отрезок «ОА» ) гораздо больше номинального.
После пуска двигатель начнет разгоняться, в обмотке якоря появится и станет уве-
личиваться противоЭДС обмотки якоря ↑Е = с↑ωФ, а ток якоря уменьшаться.
Процесс пуска прекратится в точке «В», в которой скорость якоря и ток якоря имеют номинальные значения: ω = ω, I= I.
Из сказанного следует, что причина больших пусковых токов отсутствие противо
ЭДС обмотки якоря в момент пуска, когда якорь неподвижен. Такие токи вызывают ухуд-
шение коммутации вплоть до возникновения кругового огня на коллекторе, а также прова-
лы напряжения сети, нарушающие нормальную работу остальных приемников электро-
энергии
Допускаемые по условиям коммутации значения пусковых токов не должны превы
шать номинальный более чем в 2,5 раза, т.е. не должно нарушаться соотношение
I≤ 2,5 I
Выясним, как можно уменьшить пусковые токи.
Как следует из формулы пускового тока якоря
I= ,
его можно уменьшить двумя способами:
Рассмотрим поочередно эти два способа.
1.3. Реостатный пуск
Схема реостатного пуска изображена на рис. 9.2.
Рис. 9.2. Реостатный пуск двигателя: а схема пуска; б пусковая диаграмма
При пуске замыкаются контакты К1 и К2, контакт К3 разомкнут. Через контакты К1 и К2 на обмотку якоря «А» и параллельную обмотку возбуждения «L» подается пита-
ние сети, а через разомкнутый контакт КМ3 в цепь обмотки якоря вводится пусковой рези
стор R, поэтому полное сопротивление обмотки якоря увеличивается до значения
( R+ R).
Двигатель развивает пусковой ток
I= I= ≤ 2,5 I
На электромеханической характеристике ω( I ) двигатель переходит из точки «0» в
точку «А», после чего начинает разгоняться по участку «АВ» характеристики.
В точке «В», при токе I( обычно I= 1,1…1,2 I) контакт К3 замыкается, вслед-
ствие чего двигатель с броском тока переходит из точки «В» в точку «С» и далее продол-
жает разгоняться до точки «D», в которой наступит установившийся номинальный режим.
Бросок тока при переходе точки «В» в тоску «С» объясняется тем, что при замыка-
нии контакта К3 сопротивление цепи обмотки якоря скачком уменьшается от значения ( R + R ) до значения R.
Рассмотренная схема пуска была упрощена ( для облегчения понимания процесса пуска ) тем, что для пуска использовалась одна ступень пускового резистора.
На практике для ручного пуска применяют пусковые реостаты ( отсюда название этого способа реостатный ), имеющие несколько ступеней.
Перед пуском маховичок реостата должен быть повернут влево до упора, при пус-
ке его поворачивают по часовой стрелке, постепенно выводя ступени пускового резистора из цепи обмотки якоря двигателя ). Сам процесс пуска не должен превышать 6…8 с.
Нельзя оставлять маховичок реостата в промежуточном положении, при котором
в цепи обмотки якоря останутся ступени пускового реостата, т.к. они сгорят.
Эти ступени рассчитаны лишь на кратковременное протекание через них пускового тока.
2. Способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоян-
ного тока
2.1. Основные сведения
Рассмотрим способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоян-
ного тока на примере электродвигателя с независимым ( параллельным ) возбуждением.
Уравнение естественной механической характеристики двигателя имеет вид
ω = - ,
где ω угловая скорость якоря;
U напряжение на обмотке якоря;
.k постоянный коэффициент;
Ф магнитный проток обмотки ( обмоток ) возбуждения;
М электромагнитный момент электродвигателя;
R- cопротивление обмотки якоря электродвигателя.
Из уравнения следует, что скорость двигателей с независимым ( параллельным )
возбуждением можно регулировать тремя способами:
1. изменением напряжения на обмотке якоря двигателя U;
2 изменением сопротивления цепи обмотки якоря R;
3. изменением магнитного потока полюсов Ф.
Первый способ регулирования изменением напряжения на обмотке якоря, приме
няется только для двигателей с независимым возбуждением в т.н. «системах генератор двигатель» ( см. ниже ).
Второй способ изменением сопротивления цепи обмотки якоря, на практике осуществляется путем введения добавочных резисторов последовательно с обмоткой якоря.
Этот способ позволяет изменить скорость двигателя только вниз от основной, при
чем с увеличением сопротивлений скорость двигателя уменьшается. Это объясняется уве-
личением падения напряжения в добавочных резисторах и уменьшением напряжения на зажимах якоря.
Положительное качество данного способа регулирования - его простота, т.к. он осуществляется путем введения ( выведения ) ступеней регулировочного реостата в цепь обмотки якоря двигателя.
Основным недостатком способа является большой расход энергии в добавочных
резисторах.
Этот способ применяется в электроприводах грузоподъемных механизмов и якор-
но-швартовных устройств на постоянном токе.
Третий способ изменением магнитного потока полюсов, на практике осуществля-
ется путем введения добавочных резисторов последовательно с параллельной обмоткой возбуждения. При этом магнитный поток возбуждения уменьшается, а скорость якоря увеличивается.
Скорость двигателей, специально сконструированных для работы с регулируемым потоком, может превышать номинальную в три раза и более, скорость остальных двигате-
лей повышается на 10 - 20 %. Верхний предел скорости ограничен условиями коммута-
ции, механической прочности или нагревом двигателя.
Положительное качество данного способа регулирования - его экономичность,
т.к. расход электроэнергии в регулировочном резисторе мал из-за небольшого значения тока возбуждения в цепи параллельной обмотки.
Основными недостатками способа являются возможность регулирования скорости только вверх от номинальной, а также увеличение тока якоря во столько раз, во сколько раз ослаблен магнитный поток.
Последняя особенность не позволяет применять этот способ регулирования при ра-
боте электропривода с номинальным моментом, т.к. при ослаблении потока ток якоря пре
высит номинальный, что недопустимо.
Поэтому этот способ регулирования применяется в электроприводах грузоподъем-
ных механизмов и якорно-швартовных устройств для получения высоких скоростей при перемещения холостого гака ( грузовые лебедки и краны ) или швартовного каната ( бра-
шпили, шпили ), т.е. при небольшой нагрузке на валу электродвигателя.
2.2. Регулирование скорости в системе «генератор двигатель» ( Г Д )
Система Г-Д как минимум состоит из трех электрических машин:
1. исполнительного электродвигателя М2, приводящего в действие механизм;
2. генератора G1, питающего исполнительный ЭД;
3. приводного электродвигателя Ml, вращающего якоря генератора G1 и образую-
щего с ним так называемый преобразователь.
Машины М2 и G1 - постоянного тока с независимым возбуждением.
Несмотря на это, система Г-Д может применяться при любом роде тока питающей сети.
Если сеть постоянного тока, то в качестве приводного двигателя М1 применяют ЭД параллельного возбуждения, а обмотки возбуждения всех машин получают питание от сети.
Если сеть переменного тока, используют асинхронный приводной ЭД. Для питания обмоток возбуждения L1G1 и LM2 в этом случае применяют четвертую машину возбуди
тель G2. Это небольшой генератор постоянного тока с самовозбуждением. Он приводится во вращение тем же приводным электродвигателем М1 , что и генератор G1 ( рис. 9.3 ).
Рис. 9.3. Схема системы генератор двигатель
Система действует следующим образом.
Сначала пускают приводной ЭД М1, якорь которого затем вращается постоянно в одну сторону с неизменной скоростью. Потом при помощи регулировочного резистора
( реостата возбуждения ) RP3 возбуждают возбудитель G2, создающий неизменное напря-
жение.
От него получают питание независимые обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя LM2 и генератора L1G1.
В цепь первой включен регулировочный резистор RP2, в цепь второй регулиро-
вочный резистор RP1 и переключатель SA, изменяющий направление тока в обмотке L1G1.
Перед пуском резистор RP1 должен быть полностью введен в цепь, а резистор RP2 - выведен.
Для пуска М2 переключатель SA устанавливают в одно из рабочих положений и
постепенно выводят резистор RP1, увеличивая этим ток возбуждения в обмотке L1G1.
Последний возбуждается и подает плавно возрастающее напряжение на якорную обмотку М2. По цепи якорей G1 и М2 протекает ток.
Так как М2 возбужден, его якорь начинает вращаться, и по мере возрастания напря-
жения, подведенного к его якорю, увеличивается угловая скорость. При полностью выве-
денном резисторе RP1 напряжение G1 и угловая скорость М2 номинальные.
Для реверса переключателем SA изменяют направление тока в обмотке возбужде-
ния L1G1. Генератора изменяет полярность напряжения, ток якорной цепи изменяет на-
правление, и исполнительный двигатель М2 реверсируется.
Регулирование скорости вниз от номинальной выполняют, вводя в цепь обмотки возбуждения L1G1 регулировочный резистор RP1. Ток возбуждения, магнитный поток и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого снижается напряжение, подведенное к обмотке якоря М2, и его угловая скорость уменьшается ( характеристики 3, 2 и 1 на
рис. 9.4 ).
Регулирование скорости вверх от номинальной осуществляют, вводя в цепь обмот-
ки возбуждения М2 регулировочный резистор RP2, что уменьшает ток и поток возбужде-
ния, при этом скорость ЭД увеличивается ( характеристики 5, 6 и 7 на рис. 9.4 ).
Рассмотренная система называется «система Г Д в чистом виде» и на практике не применяется. Это объясняется тем, что при работе с номинальным напряжением на якоре М2 внезапная остановка этого якоря ( например, под винт попала льдина ) приводит к рез-
кому увеличению тока якорей двигателя М2 и генератора G1 до значения, равного пуско-
вому.
Рис. 9.4. Механические характеристики исполнительного двигателя
в системе генератор двигатель: 4 естественная; 3, 2 и 1 искусственные, полученные уменьшение напряжения на обмотке якоря М2; 5, 6 и 7 искусствен-
ные, полученные ослаблением магнитного потока М2
Кроме того, такое увеличение тока приводит к увеличению нагрузки на приводной двигатель генератора. Это особенно опасно, если генератор G1 приводится во вращение дизелем. Как известно, дизели крайне чувствительны к перегрузкам ( не более 10% мощ-
ности в течение 1 часа ).
Поэтому на судах применяют систему Г-Д с противокомпаундным генератором. Она отличается от системы Г-Д в чистом виде тем, что генератор, помимо независимой обмотки возбуждения L1G1, снабжен еще одной обмоткой возбуждения противоком-
паундной обмоткой L2G1, включенной последовательно в цепь якоря G1 и выполняющей функции жесткой обратной связи по току ( на рис. 9.3 место включения обмотки L2G1 по
казана при помощи стрелок, т.е. последовательно в цепь главного тока ).
Ее намагничивающая сила Fнаправлена встречно намагничивающей силе F об-
мотки независимого возбуждения L1G1, т. е. она действует на генератор размагничиваю-
ще.
Общий магнитный поток возбуждения генератора создается разностью намагничи-
вающих сил обеих обмоток.
При нормальной нагрузке намагничивающая сила обмотки L1G1 значительно боль
ше, чем обмотки L2G1, и генератор развивает ЭДС, как в обычной системе Г-Д.
При перегрузке разность намагничивающих сил обмоток уменьшается, магнитный поток и ЭДС генератора снижаются, напряжение, подведенное к ЭД, падает, и угловая скорость ЭД становится меньше.
При остановке якоря исполнительного двигателя М2 ЭДС генератора G1 настолько уменьшается, что ток стоянки оказывается в пределах кратковременно допустимого, обыч
но равного ( 2,2…2,5) I.
Система Г-Д обладает исключительно хорошими регулировочными свойствами и позволяет регулировать скорость в пределах 1 : 30. Регулирование получается плавным, так как из-за сравнительно небольших токов возбуждения можно сделать регулировочные резисторы с большим количеством ступеней.
Систему Г Д применяют в электроприводах мощностью более 75…80 кВт тя-
желовесных лебедках и кранах, брашпилях, а также на судах с ГЭУ для привода гребного винта.
Существенный недостаток системы Г - Д большое количество установленных эле
ктрических машин.
Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от рассмотренной систе-
мы Г Д к т.н. системам «управляемый вентильный преобразователь двигатель», или, сокращенно, системам УВП Д ( рис. 9.5 ).
2.3. Регулирование скорости в системе двойного рода тока ( УВП Д )
В таких системах исполнительный двигатель постоянного тока получает питание от судовой сети через управляемый вентильный преобразователь ВП ( рис. 9.5 ).
Рис. 9.5. Структурная схема тиристорного электропривода постоянного тока
В качестве вентилей используются управляемые полупроводниковые диоды тиристоры.
В общем случае такой электропривод состоит из следующих основных элементов:
1. силовой трансформатор Тр;
2. вентильный преобразователь ВП;
3. сглаживающий фильтр СФ;
4. электродвигатель М;
5. система управления СУ.
Силовой трансформатор Тр служит для согласования номинального напряжения двигателя с выходным напряжением преобразователя.
Вентильный преобразователь выпрямляет напряжение и регулирует его в нужных
пределах. Для питания цепей якоря двигателя применяют однополупериодные схемы с нулевым выводом ( рис. 9.6, а ) или двухполупериодные мостовые схемы ( рис.9.6., б ).
Рис. 9.6. Схемы включения якоря двигателей постоянного тока на вентильный преобразователь: с нулевым выводом ( а ); мостовая ( б )
В таких схемах обмотки возбуждения двигателей обычно получают питание от об-
щей сети переменного тока через маломощные однофазные выпрямители.
Сглаживающий фильтр ( дроссель Др на рис.9.6 ) предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. При этом улучшаются условия коммутации и уменьшается нагрев обмотки якоря двигателя.
Система управления СУ изменяет угол отпирания тиристоров α. Вследствие чего изменяется выпрямленное напряжение на якоре исполнительного двигателя, а значит, и его скорость
При этом, при малых скоростях якоря этот угол близок к 90º, а для разгона якоря
СУ непрерывно уменьшает этот угол. При номинальном ( наибольшем ) напряжении на якоре угол α = 0º.
Механические характеристики двигателя при разных значениях угла отпирания тиристоров α приведены на рис. 9.7.
Они подобны механическим характеристикам исполнительного двигателя в систе-
ме Г Д ( рис. 9.4 ).
Рис. 9.7. Электромеханические характеристики двигателя при разных значениях угла α
На рис. 9.7 штриховой линией показана граница между режимами непрерывного
( справа от пунктирной линии ) и прерывистого ( слева от этой линии ) токов якоря двига-
теля.
Электромеханические характеристики имеют такие особенности:
2 ) до α= 0º ( характеристика 7 ) скорость двигателя увеличивается, двигатель работает в двигательном режиме;
изменяет направление, но двигатель реверсирует и переходит в режим тормозного спуска.
при котором электромагнитный момент двигателя, направленный на подъем, ограничива-
ет скорость спуска тяжелого груза или судового якоря с якорь-цепью.
3. Электрическое торможение двигателей постоянного тока
3.1. Основные сведения
В электроприводах различают механическое и электрическое торможение.
Под механическим понимают торможение электропривода при помощи тормозных устройств, принцип действия которых основан на использовании трения.
Механическое торможение обеспечивает полную остановку электропривода и его фиксацию в заторможенном состоянии. Этот вид торможения применяется в судовых элек-
троприводах, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести грузоподъ-
ёмных и якорно-швартовных.
Под электрическим торможением понимают создание на валу электродвигателя электромагнитного момента, направленного навстречу вращению якоря ( ротора ). Для электрического торможения применяют специальные узлы в схемах управления электро-
приводами.
Как правило, электрическое торможение применяют не для полной остановки элект-
ропривода, а для предварительного уменьшения скорости до такой, при которой можно на-
чинать механическое торможение.
Например, существующие электромагнитные тормоза серий ДПМ постоянного то
ка и ТМТ переменного можно отключать при начальной скорости не более 750 об /мин.
Значит, в электроприводе 3-скоростной лебёдки со скоростями 3000, 1500 и 750 об / мин нельзя начинать торможение со скоростей 3000 и 1500 об / мин, иначе на валу двигателя возникнут большие динамические усилия, которые могут повредить двигатель, передачу и сам механизм. Кроме того, из-за увеличенного трения тормоз будет перегре
ваться и быстро изнашиваться.
Электрическое торможение применяют, в основном , в электроприводах судовых грузоподъемных механизмов, работающих с частыми пусками и остановками.
Различают 4 вида электрического торможения:
На судах из перечисленных видов торможения, в основном, применяется динамиче
ское и рекуперативное.
3.2. Динамическое торможение двигателя параллельного возбуждения
В схеме динамического торможения ( рис. 9.8, а ) используются контакт КТ тормозного контактора контакт КЛ линейного. Эти контакты всегда находятся в противоположном состоянии: если замкнут контакт КЛ, разомкнут контакт КМ, и наоборот.
Рис. 9.8. Схема ( а ) и механические характеристики ( б ) при динамическом торможении двигателя постоянного тока
До начала торможения, при работе двигателя, контакт КЛ замкнут, контакт КТ разом
кнут. Двигатель подключен к сети и вращается со скоростью ω.
Ток в обмотке якоря
I= ( U E ) / r,
где: Е = k ωФ - противоЭДС обмотки якоря, прямо пропорциональная скорости двигателя ω.
Этот ток протекает через якорь в направлении слева направо ( в соответствии с по
лярностью напряжения питающей сети ).
Для торможения размыкают контакт КЛ и замыкают КТ. При размыкании контакта КЛ двигатель отключается от сети, поэтому напряжение на обмотке якоря U = 0.
При замыкании контакта КТ к обмотке якоря двигателя подключается тормозной токоограничивающий резистор r, причём обмотка якоря и резистор соединены последо-
вательно.
Ток в такой цепи определяется по закону Ома
I= ( U E ) / ( r+ г) = (0-Е)/ ( r+ г) = - Е/( r+ г).
В этой формуле ток якоря имеет знак «минус», значит, направление тока в обмотке якоря изменилось на обратное - справа налево.
Изменение направления тока приводит к изменению знака электромагнитного момента двигателя М = k( - I )Ф <0, этот момент становится тормозным.
Двигатель переходит на искусственную тормозную характеристику во 2-м квадран-
те и постепенно уменьшает скорость. По мере уменьшения скорости уменьшается противо
ЭДС Е = k ωФ, ток якоря и электромагнитный момент.
В момент остановки якоря ( точка 0 на механической характеристики ) скорость
ω = 0, противоЭДС Е = 0, ток якоря I= 0 и электромагнитный момент двигателя М = 0.
При реактивном статическом моменте ( насос, вентилятор ) процесс торможения закончится в точке 0.
При активном статическом моменте процесс может иметь продолжение, а именно: если в точке 0 двигатель не затормозить, он под действием груза реверсирует и станет раз
гоняться в обратном направлении до скорости ω.
Полярность противоЭДС изменится на обратную, т.к. Е = k( - ω)Ф < , поэтому
также на обратное изменится направление тока якоря
I= - ( - Е) /( r+ г) = Е /( r+ г) > 0.
Поэтому изменится на обратный знак электромагнитного момента, т.е. он вновь стал вращающим, направленным на подъём. При этом двигатель работает в режиме тормоз
ного спуска, притормаживая груз и ограничивая скорость спуска груза значением скорости ω ( точка А ).
Особенности торможения:
1. простота торможения, т.к. для его получения нужен тормозной контактор КТ и тормозной резистор;
2. торможение позволяет полностью остановить якорь ( т. «0» на рис. 9.8, б );
3. торможение широко применяется в электроприводах грузоподъемных механиз-
мов для предварительного сброса скорости перед срабатыванием основного, электромаг-
нитного тормоза, обеспечивающего полную остановку груза.
3.3. Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока
Известно, что электрические машины обратимы, т.е. одна и та же электрическая машина может работать как генератор, так и электродвигатель.
При рекуперативном торможении электродвигатель переходит в генераторный ре-
жим. При этом двигатель преобразует механическую энергии, полученную от движущих
ся частей привода, в электрическую, которую двигатель возвращает в судовую электриче-
скую сеть.
Рекуперативное торможение наступает в следующих случаях:
раз автоматически );
В любом из этих случаев выполняется одно и то же условие рекуперативного тормо
жения: противоЭДС обмотки якоря двигателя Е = сωФ должна cтать больше напряже
ния питающей сети U.
В этом случае ток якоря двигателя
I= ( U E ) / r< 0,
т.е. изменяет свой знак на обратный.
Поэтому изменяет свой знак и электромагнитный момент двигателя М = с ( - I)Ф,
который становится тормозным.
В судовых условиях рекуперативное торможение может наступить при спуске тя
желого груза, когда двигатель переходит в режим генератора, преобразуя механическую энергию опускающегося груза в электрическую энергию, возвращаемую в сеть;
Однако использование возвращаемой в судовую сеть энергии практически невоз-
можно вследствие кратковременности работы двигателя в генераторном режиме ( с уче-
том ограниченной высоты трюма ).
Более того, это торможение опасно тем, что при одновременном переходе большо-
го числа грузовых лебедок в режим рекуперативного торможения возможен переход гене
раторов судовой электростанции в двигательный режим с последующим их отключени-
ем по обратному току ( при помощи реле обратного тока ). При этом судно обесточивает-
ся. Такие случаи имели место на судах типа «Ленинский комсомол».
Поэтому на судах этой серии параллельно обмоткам якорей двигателей лебедок стали включать реле максимального напряжения, которые при напряжении на якоре U = 225…235 В, т.е. при переходе лебедок в режим рекуперативного торможения, отключали питание судовой сети от данной лебедки.
В то же время на электротранспорте электроэнергия, возвращаемая в сеть при реку
перативном торможении, позволяет уменьшить общий расход электроэнергии на 15…20%
При этом электровозы, идущие под уклон и работающие в режиме рекуперативного торможения, питают электроэнергией электровозы, идущие на подъем.
Положительная роль рекуперативного торможения при спуске тяжелых грузов со
стоит в том, что тормозной электромагнитный момент двигателя стабилизирует скорость спуска груза, не позволяя ему разгоняться свыше определенной скорости.
4.1. Основные сведения
Под реверсом понимают изменение направления вращения двигателя на обратное.
Как следует из формулы электромагнитного момента двигателя М = сIФ, изме-
нить знак момента можно двумя способами:
( т.е. не изменяя направление тока в обмотке возбуждения ), при этом М = с ( - I)Ф< 0;
2. изменить направление тока в обмотке возбуждения , не изменяя направление тока
в обмотке якоря, при этом М = сI ( - Ф ) < 0.
4.2. Реверс изменением направления тока в обмотке якоря
Для реверса двигателя первым способом применяют схему реверсивного мостика, состоящую из контактов В1, В2 «Вперёд» и H1, H2 «Назад» ( рис. 9.9 ).
Рис. 9.9. Схема реверса двигателя постоянного тока изменением направления
тока в обмотке якоря
Пары контактов В1-В2 и Н1-Н2 замыкаются поочерёдно. При направлении «Впе-
рёд» замкнуты контакты В1 и В2, цепь тока через обмотку якоря такая: «плюс» - В1 об
мотка якоря - В2 - «минус».
При направлении «Назад» замкнуты контакты H1 и Н2, цепь тока через обмотку якоря такая: «плюс» - H1 - обмотка якоря - Н2 - «минус».
Таким образом, при работе «Вперёд» ток через обмотку якоря протекал в направле
нии сверху вниз, при работе «Назад» - снизу вверх. При этом направление тока в парал-
лельной обмотке возбуждения не изменялось.
Реверс изменением направления тока в параллельной обмотке возбужде-
ния
Для реверса двигателя вторым способом применяют ту же схему реверсивного мо-
стика, однако меняют местами обмотку якоря и обмотку возбуждения ( рис. 9.10 ).
Рис. 9.10. Схема реверса двигателя постоянного тока изменением направления
тока в обмотке возбуждения
При направлении «Вперёд» замкнуты контакты В1 и В2, цепь тока через обмотку возбуждения такая: «плюс» - В1 - обмотка возбуждения - В2 - «минус».
При направлении «Назад» замкнуты контакты H1 и Н2, цепь тока через обмотку возбуждения такая: «плюс» - H1 - обмотка возбуждения - Н2 - «минус».
Таким образом, при работе «Вперёд» ток через обмотку возбуждения протекал в на
правлении сверху вниз, при работе «Назад» - снизу вверх.
При этом направление тока в обмотке якоря не изменялось.
Однако этот второй способ на практике не применяют из-за недостатков:
гда контакты К1, К2 уже разомкнулись, а контакты Н1,Н2 ещё не замкнулись.
В этот момент ток в обмотке возбуждения равен 0, поэтому магнитный поток Ф, а значит, и противоЭДС обмотки якоря Е = k*ω*Ф = 0.
При этом ток якоря двигателя увеличивается до значения
I= ( U E ) / R = ( U 0 ) / R= U / R= I,
который в десятки раз больше номинального, что недопустимо;
2. одновременно в обмотке возбуждения индуктируется ЭДС самоиндукции
е= - L*dI/ dt
которая в десятки раз больше напряжения сети из-за крайне малого значения времени dt, в течение которого ток возбуждения убывает до нуля ( т.к. контакты В1, В2 и Н1,Н2 пере-
ключаются практически мгновенно).
Под действием этой ЭДС происходит пробой изоляции витков обмотки возбужде-
ния.
Следует обратить внимание на то, что при изменении полярности напряжения питающей сети двигатель постоянного тока не реверсирует.
Иначе говоря, при переброске на двигателе концов питающего кабеля реверс не происходит.
Это объясняется тем, что при переброске концов одновременно изменяется направ-
ление тока как в обмотке двигателя, так и в параллельной обмотке возбуждения, а знак электромагнитного момента не изменяется:
М' = с ( - I)( - Ф ) = М
Рис. 9.11. Схема включения двигателя постоянного тока при прямой ( а ) и обратной ( б ) полярности напряжения питающей сети
На рис. 9.11, а ток якоря Iи ток возбуждения Iпротекают в направлении слева направо, а при изменении полярности в направлении справа налево ( рис. 9.11, б ).
Реверс при этом не происходит.
Сказанное подтверждается на рис. 9.11, в и 9.11, г .
На рис. 9.11, в произвольно выбрана полярность полюсов N и S и направление тока в верхнем проводнике ( крестик ) и нижнем ( точка ). Направление электромагнитных сил
Fи F найдено по правилу левой руки. Якорь вращается в направлении против ча-
совой стрелки.
Если изменить полярность питающей сети, то одновременно изменится полярность полюсов ( на рис. 9.11, г верхний полюс S, а нижний N ) и направление тока в обмотке якоря ( в верхнем проводнике точка, в нижнем крестик ).
Применяя правило левой руки, находим, что направление электромагнитных сил Fи F не изменилось, реверс не произошел.
2. СПОСОБЫ ПУСКА, РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Способы пуска электродвигателей переменного тока
1.1. Основные сведения
Для пуска асинхронных электродвигателей переменного тока применяют два способа:
Рассмотрим особенности каждого способа пуска.
Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей нормального исполнения
При прямом пуске двигатель включается непосредственно в сеть ( рис. 9.12 )
Рис. 9.12. Схема прямого пуска асинхронного двигателя
Для двигателей, у которых пусковой момент меньше номинального, должны быть приняты меры для уменьшения статического момента механизма на время пуска. Напри-
мер, при пуске насоса клапан на всасывающей магистрали должен быть открыт частично, тогда подача насоса при пуске будет меньше номинальной.
При прямом пуске пусковые токи превышают номинальный, в зависимости от типа двигателя, в 4…7 раз. Такие токи вызывают провалы напряжения в судовой сети, что может привести к массовому отключению работающих двигателей.
Поэтому Правила Регистра допускают прямой пуск двигателей такой мощности, что
бы провал напряжения был не более 15% от U н ( т.е. напряжение в сети 380 В при пуске не должно быть меньше U' = 0,85 U= 0,85*380 = 323 В ).
1.3. Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения
К короткозамкнутым асинхронным двигателям специального исполнения относят
ся:
1. двигатели с повышенным скольжением;
2. глубокопазные;
3. двухклеточные.
По сравнению с асинхронными двигателями нормального исполнения эти двигате
ли имеют улучшенные пусковые свойства, а именно:
1. пониженные пусковые токи;
2. увеличенные пусковые моменты.
Объясним, каким образом получены эти свойства.
Из теории электрических машин известно, что электромагнитный момент асинхрон
ных электродвигателей определяется выражением
М = сI'cosψФ,
где с конструктивный коэффициент ( величина постоянная );
I'- т.н. приведенный ( к обмотке статора ) ток ротора;
ψ- угол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е'и приведенным током I';
I'cosψ - активная составляющая тока ротора;
Ф значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.
Если сказать проще, то электромагнитный момент двигателя тем больше, чем боль-
ше активная составляющая тока ротора, а для ее увеличения надо увеличивать актив-
ное сопротивление проводников обмотки ротора.
Увеличение активного сопротивления обмотки ротора, помимо увеличения пусково-
го момента двигателя, дает и второе преимущество: уменьшение пусковых токов.
Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно убить
сразу двух зайцев:
Такими положительными свойствами обладают т.н. двигатели с улучшенными пус-
ковыми свойствами. К последним относятся асинхронные двигатели:
1. с повышенным скольжением;
2. с глубокими пазами на роторе;
3. с двойной беличьей клеткой на роторе;
4. с фазной обмоткой на роторе ( с фазным ротором ).
Асинхронные двигатели с повышенным скольжением по сравнению с обычными асинхронными двигателями имеют увеличенный пусковой момент ( рис. 9.14 ). Для этого
искусственно уменьшают сечение проводников обмотки ротора, вследствие чего увеличива
ется их активное сопротивление, а значит, активная составляющая тока ротора и электро
магнитный момент двигателя, прямо пропорциональный этой составляющей ( см. выше ).
Рис. 9.14. Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения ( 1 ) и с повышенным скольжением ( 2 )
Недостатком этих двигателей является пониженная ( по сравнению с двигателями
обычного исполнения ) скорость вращения ротора.
У двигателей с глубоким пазом обмотка на роторе выполнена в виде стержней прямоугольного профиля с высотой h, превосходящей ширину b в 15…20 раз ( рис. 9.15 )
Увеличение активного сопротивления обмотки ротора при пуске объясняется по-
верхностным эффектом.
Рис. 9.15. Глубокопазная обмотка ротора ( а ) и кривая распределения тока по высоте паза ( б )
Суть этого явления состоит в том, что на переменном токе основная часть тока про
водника вытесняется на его поверхность. Это объясняется тем, что индуктивное сопротив
ление центральной части проводника гораздо больше по сравнению с сопротивлением по-
верхностного слоя.
При пуске частота тока в роторе f = 50 Гц, нижняя часть проводника обмотки ро-
тора имеет увеличенное индуктивное сопротивление, поэтому пусковой ток вытесняется в верхнюю часть, Это равнозначно уменьшению площади его поперечного сечения, т.е. уве-
личению активного сопротивления. В результате уменьшается пусковой ток и одновремен
но увеличивается пусковой момент.
При номинальной скорости и небольшой частоте тока ротора (1.. .3 Гц) поверхност-
ный эффект пропадает, ток распределяется равномерно по высоте проводника.
В двухклеточных асинхронных двигателях ( рис. 9.16 ) использованы оба способа повышения активного сопротивления.
Рис. 9.16. Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя ( а ) и его механические характеристики: пусковой обмотки ( 1 ), рабочей обмотки ( 2 )
и 1- механическая характерис
Эти двигатели имеют пусковую обмотку П , которая работает как обмотка ротора двигателя с повышенным скольжением, и рабочую Р, которая работает как глубокопазная.
Эксплуатационные показатели перечисленных выше двигателей специального ис-
полнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения, в частности, у них ниже коэф-
фициент полезного действия, коэффициент мощности cosφ, а стоимость выше.
На судах из перечисленных выше трех типов двигателей специального исполнения используется только один двигатель с двумя клетками. Такие двигатели установлены в электроприводах грузовых лебедок на судах польской постройки ( типа «Муром» ).
1.4. Реостатный пуск двигателей с фазным ротором
Асинхронные двигатели с фазным ротором пускают в ход с помощью резисторов, включаемых в цепь ротора, что позволяет уменьшить пусковой ток и увеличить пусковой момент двигателя ( рис. 9.17 )..
Рис. 9.17. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Для пуска двигателя включают линейный контактор КЛ, через контакты которого
обмотка статора двигателя подключается к питающей сети «напрямую».Контакты КУ1 и
КУ2 контакторов ускорения при пуске должны быть разомкнуты. Тем самым последова-
тельно в каждую из трех фазных обмоток ротора вводятся обе ступени добавочных ( пус
ковых ) резисторов r и r. Эти ступени увеличивают общее ( эквивалентное ) сопро
тивление цепей фазных обмоток ротора, что ( см. выше ) приводит, с одной стороны, к уменьшению пускового тока, с другой к увеличению пускового момента.
Когда двигатель разгонится до скорости 30-40% номинальной, отключают первую ступень r, для чего замыкают контакты КУ1.
Двигатель с броском тока продолжает разгоняться, и при скорости 60-70% номи-
нальной отключают вторую ступень r, для чего замыкают контакты КУ2.
Двигатель после отключения резисторов r и r продолжает разгоняться до номи
нальной скорости.
Отключение резисторов можно производить вручную при помощи контроллеров, или полуавтоматически при помощи более сложных про устройству магнитных станций. Следует отметить, что, кроме указанных достоинств увеличенный пусковой мо-
мент, меньший пусковой ток, двигатели специального исполнения имеют существенные недостатки:
надежность двигателя;
фициента полезного действия и коэффициента мощности.
На судах из перечисленных выше типов двигателей специального исполнения огра
ниченное применение нашли двигатели с двумя клетками на роторе в электроприводах грузовых лебедок ( суда польской постройки типа «Муром» ), и более широкое примене-
ние двигатели с фазным ротором. Их применяют на многих сериях судов в электроприво
дах грузовых кранов и брашпилей.
1.5. Пуск при пониженном напряжении на обмотке статора
Для уменьшения пусковых токов применяют схемы пуска при пониженном напряже
нии:
Рис. 9.13. Схемы пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении
В схеме на рис. 9.13, а при пуске замкнуты контакты линейного контактора КЛ, по-
этому обмотка статора подключается к питающей сети через пусковые токоограничиваю-
щие резисторы СП. После того, как двигатель наберет обороты, а пусковой ток уменьшит-
ся до безопасных значений ( обычно 2…2,5 номинального ), схема управления замыкает контакты второго контактора ускорения КУ, при этом двигатель подключается к сети «напрямую».
В схеме на рис. 9.13, б для ограничения пусковых токов последовательно с обмот-
кой статора включены токоограничивающие рабочие обмотки дросселя насыщения Др. Его обмотка управления ОУ питается постоянным током через понижающий трансформа-
тор Тр и выпрямитель Вп.
При пуске индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя должно быть максимальным, поэтому ток в обмотке управления ОУ должен быть минимальным. Для этого ползунок резистора поста управления ПУ должен находиться в крайнем правом по-
ложении.
После пуска ток в обмотке управления ОУ постепенно увеличивают, для чего пере
мещают ползунок ПУ влево. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток постепенно уменьшается.
Когда ползунок ПУ перемещен влево до упора, пуск закончен. При таком положе-
нии ползунка индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя практически равно нулю, что равнозначно прямому подключению обмотки статора к питающей сети.
В схеме на рис. 9.13, в использованы два контактора регулировочный КЛ1 и ли-
нейный КЛ2, а также автотрансформатор АТр.. При пуске включается контактор КЛ1, при замыкании нижних контактов которого образуется нулевая точка «звезды» трех фазных обмоток автотрансформатора, а через верхние контакты подается питание питающей сети на верхние выводы этих обмоток.
В момент пуска ползунки автотрансформатора должны находиться в крайнем ниж-
нем положении, при этом обмотка статора асинхронного двигателя закорочена через ниж-
контакты КЛ1, т.е. напряжение на ней равно нулю. Поэтому скорость ротора также равна нулю, ротор неподвижен.
Для пуска ползунки автотрансформатора постепенно перемещают вверх, при этом
напряжение, снимаемое с обмоток автотрансформатора на обмотку статора также посте-
пенно увеличивается. Поэтому скорость двигателя также увеличивается.
Пуск закончен, если ползунки автотрансформатора перемещены в крайнее верхнее положение. При этом на обмотку статора подается полное напряжение питающей сети, ав-
тотрансформатор не нужен.
В этот момент времени включается линейный контактор КЛ2 и отключается регу-
лировочный КЛ1. При замыкании контактов КЛ2 обмотка статора двигателя подключает-
ся к питающей сети «напрямую», а при размыкании контактов КЛ1 автотрансформатор отключается от обмотки статора двигателя ( он уже выполнил свою роль ).
В схеме на рис. 9.13, г использован линейный контактор КЛ и переключатель «зве-
зда»-«треугольник» П. Для пуска включают линейный контактор КЛ, через замыкающие-
ся контакты которого напряжение питающей сети подается на верхние выводы обмотки статора двигателя АД. После этого переводят переключатель в нижнее положение «звез-
да». При этом нижние выводы обмотки статора соединяются вместе, в нулевую точку, обмотка статора соединена «звездой».
После того, как двигатель наберет обороты и перестанет увеличивать скорость, пе-
реключатель переводят в верхнее положение «треугольник». Двигатель с броском тока переключается со «звезды» на «треугольник», после чего разгоняется на «треугольнике» до скорости, зависящей от статического момента механизма.
Этот способ нашёл самое широкое применение на судах ввиду его простоты ( не требуются резисторы, индуктивные сопротивления или автотрансформаторы ) и эффектив
ности - пусковой ток уменьшается в 3 раза.
Следует особо подчеркнуть, что переключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник» применяется для пуска, а не для регулирования скорости асинхронного двигателя. Это объясняется тем, что скорость двигателя на «треугольнике» незначительно
больше скорости на «звезде».
Все 4 рассмотренные выше схемы пуска при пониженном напряжении имеют один и тот же принципиальный недостаток: резкое уменьшение пускового момента двигателя,
поскольку электромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения.
Например, если при пуске напряжение понижено до значения U' = 0,8U, то пуско
вой момент двигателя составит
М'= (U' / U)*М= ( 0,8 ) * М= 0,64 М ( т.е. 64% М).
Иначе говоря, при провале напряжения на 20% двигатель уменьшает пусковой мо-
мент на 36% ( 64% = 100% 36% ).
Поэтому пуск при пониженном напряжении можно применять для механизмов, у
которых на малых скоростях статический момент невелик. К таким механизмам относятся центробежные насосы и вентиляторы, у которых статический момент пропорционален квадрату скорости ( т.е. на малых скоростях мал и статический момент ).
2. Способы регулирования частоты вращения 3-фазных асинхронных двига-
телей
2.1. Основные сведения
Формула частоты вращения асинхронного двигателя имеет вид
n = 60f ( 1 s ) / р,
где:
n частота вращения, об/мин;
f частота тока питающей сети;
s скольжение ротора ( относительное отставание ротора от магнитного поля об-
мотки статора );
р число пар полюсов.
Из формулы следует, что регулировать скорость асинхронного двигателя можно тремя способами:
Кроме того, существует 4-й способ изменением напряжения на обмотке статора.
Коротко объясним особенности каждого способа регулирования
Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети плавное, но
требует применения громоздких и дорогих тиристорных преобразователей частоты. На су-
дах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприводах тяжело-
весных лебёдок, грузовых и портальных кранов.
Регулирование скорости изменением скольжения применимо только для двигателей
с фазным ротором, т.к. осуществляется введением резисторов в цепь фазного ротора. Регу
лирование плавное, но требует применения громоздких пускорегулировочных реостатов, в которых выделяется большое количество тепла.
На судах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприво
дах тяжеловесных лебёдок и кранов, а также в брашпилях.
Регулирование скорости изменением числа пар полюсов применяют только для дви-
гателей с короткозамкнутым ротором. Теоретически его можно применить и для двигате-
лей с фазным ротором, но в этом случае одновременно с переключением в обмотке стато-
ра необходимо производить аналогичные переключения и в обмотке ротора. Это вызовет недопустимое усложнение конструкции и увеличение массо-габаритных параметров дви-
гателя.
Недостаток регулирования его ступенчатость ( в соотношении 1:2:4 или 1:2:6 ) и высокая стоимость полюсопереключаемых электродвигателей.
Область применения на судах самая распостранённая, в электроприводах грузо-
вых лебёдок и кранов, а также брашпилей и шпилей.
Регулирование скорости изменением напряжения на обмотке статора на судах не
нашло широкого применения из-за 2-х недостатков:
1. требуется отдельное устройство ( регулятор напряжения ), позволяющее плавно
изменять его выходное напряжение как по величине, так и по фазе;
2. при понижении напряжения возникает опасность опрокидывания двигателя, т.к. при этом резко ( в квадрате ) уменьшается вращающий момент двигателя.
Область применения на судах ограниченная, в основном, в системах судовой эле
ктроавтоматики ( рулевые приводы и авторулевые ) для изменения скорости двухфазных асинхронных двигателей мощностью до 150-200 Вт.
На судах до сих пор наиболее распостраненный способ регулирования путем из-
менения числа пар полюсов. Он применяется в електроприводах грузоподъемных меха-
низмов и якорно-швартовных устройств.
Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора.
Принцип получения разного числа пар полюсов
Фазные обмотки статора, уложенные в пазы сердечника статора, представляют собой мощные электромагниты. Уменьшая число пар полюсов обмотки статора, можно увеличивать скорость двигателя, и наоборот, в соответствии с выражением
n = 60f ( 1 s ) / р.
Для получения несколько скоростей электродвигателя применяют два способа:
1. размещают на статоре отдельные обмотки в количестве, равном числу скоростей.
Эти обмотки имеют разное число пар полюсов и при работе двигателя включаются пооче-
редно. Например, на судах применяются двигатели серии МАП на две или три скорости ( М морской, А асинхронный, П полюсопереключаемый );
двух вариантов:
а ) переключение обмотки со «звезды» на «двойную звезду»;
б ) переключение обмотки со «треугольника» на «двойную звезду».
Этот второй способ получения нескольких скоростей широко применяется на судах иностранной постройки ( особенности на судах, построенных в ФРГ ).
У таких двигателей, допускающих изменение схемы обмотки, каждая фазная обмот
ка состоит из двух одинаковых частей ( секционных групп ) с выводами Н1-К1, Н2-К2 ( Н начало, К конец ).
Объясним принцип изменения числа пар полюсов на примере только одной фазной обмотки ( рис. 9.18 ).
Рис. 9.18. Схема переключения секционных групп обмотки статора с последо-
вательного ( а ) на параллельное ( б ) соединение; Н и К начала и концы секционных групп
Пусть секционные группы соединены последовательно при помощи перемычки
К1 Н2, а на выводы Н1 и К2 подается питание ( рис. 9.18, а ). Задавшись произвольно вы
бранным направлением тока в сторонах секций ( обозначено стрелками ) , перенесем эти направления в поперечные сечения проводников секций в верхней части в виде крестиков и точек.
По правилу буравчика найдем направление магнитных силовых линий вокруг каж-
дого проводника с током. Рядом расположенные силовые линии позволят определить положение электромагнитных полюсов обмотки статора. На рис. 9.18, а таких полюсов
четыре ( 2р = 4 ), поэтому синхронная частота вращения ротора составит
n = 60f / р = 60*50 / 2 = 1500 об / мин.
При переходе от последовательного соединения к параллельному надо соединить
перемычками выводы Н1 и К2 ( а не Н1 и Н2 ) и К1 и Н2 ( а не К1 и К2 ) ( рис. 9.18, б ).
Повторяя сделанные выше рассуждения, можно найти, что при переходе от после-
довательного к параллельному соединению секционных групп число полюсов уменьши-
лось в 2 раза ( 2р = 2 ), поэтому синхронная частота вращения ротора составит
n = 60f / р = 60*50 / 1 = 3000 об / мин.
.
2.3. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора со «звезды» на «двойную звезду»
При переключении обмотки статора первым способом двигатель при пуске включа
ют в сеть по схеме «звезда» ( рис.9.19, а ), этом питание сети подается на выводы С1, С2 и С3. Секционные группы Н1-К1 и Н2-К2 в каждой из трех фазных обмоток соединены последовательно.
Рис. 9.19. Схемы включения и механические характеристики асинхронного двигателя при переключении обмотки статора со «звезды» на «двойную звезду»
( а ) и с «треугольника» на «двойную звезду» ( б )
Для перехода на «двойную звезду» поступают так:
а ) снимают питание с выводов С1, С2 и С3;
б ) при помощи контактов первого трехполюсного контактора соединяют вместе вы
воды Н1 и К2;
в ) при помощи контактов второго трехполюсного контактора подают питание на средние выводы С4, С5 и С6 фазных обмоток
В результате этих переключений секционные группы в каждой фазной обмотке сое
диняются параллельно, в целом образуя две «звезды», включены параллельно.
Переходный процесс протекает по траектории «0АВСD». При пуске двигатель включают «звездой», при этом он переходи из точки «0» в точку «А», развивая пусковой момент, выражаемый отрезком «0А».
Поскольку в точке «А» пусковой момент больше номинального М, двигатель раз
гоняется по участку «АВ». В точке «В» наступает установившийся режим на «звезде».
При переключении обмотки на «двойную звезду» двигатель при постоянстве скоро
сти переходит из точки «В» в точку «С», после чего разгоняется до точки «D», в которой наступает установившийся режим на «двойной звезде».
При всех переключениях двигатель необходимо использовать полностью, т.е. зависящий от нагрузки ток статора I должен быть равен номинальному I, на который рассчитана обмотка статора.
При переходе со «звезды» на «двойную звезду мощность и скорость увеличивают
ся в 2 раза, но момент двигателя не изменяется ( отсюда название способа - «регулирова-
ние скорости при постоянном моменте» ).
2.4. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора с «треугольника» на «двойную звезду»
При переключении обмотки статора вторым способом двигатель при пуске включа
ют в сеть по схеме «треугольник» ( рис.9.19, б ), этом питание сети подается на выводы С1, С2 и С3. Секционные группы Н1-К1 и Н2-К2 в каждой из трех фазных обмоток соеди-
нены последовательно.
Для перехода на «двойную звезду» точно так же, как в предыдущем случае, а имен-
но:
а ) снимают питание с выводов С1, С2 и С3;
б ) при помощи контактов первого трехполюсного контактора соединяют вместе вы
воды Н1 и К2;
в ) при помощи контактов второго трехполюсного контактора подают питание на средние выводы С4, С5 и С6 фазных обмоток
В результате этих переключений секционные группы в каждой фазной обмотке сое
диняются параллельно, в целом образуя две «звезды», включены параллельно.
При переходе с «треугольника» на «двойную звезду:
способа - «регулирование скорости при постоянной мощности» );
. 2. скорость увеличивается в 2 раза;
3. момент двигателя уменьшается почти в 2 раза ( М= 0,58 М ).
На судах регулирование скорости переключением обмотки статора со «звезды» на
«двойную звезду» применяют в грузоподъемных механизмах, т.к. при этом способе крити
ческий момент двигателя не изменяется и потому отсутствует опасность опрокидывания двигателя. В то же время такая опасность существует при переключением обмотки стато-
ра с «треугольника» на «двойную звезду», потому что момент двигателя уменьшается по-
чти в 2 раза ( М= 0,58 М).
. На судах переключение обмотки статора с «треугольника» на «двойную звезду» применяют ограниченно, в электроприводах якорно-швартовных устройств для получения последней, самой высокой скорости, которая используется для перемещения свободного
( ненагруженного ) швартовного каната.
3. Электрическое торможение асинхронных двигателей
3.1. Основные сведения
Электрическое торможение применяют только в электроприводах судовых грузо-
подъемных механизмов, с целью «сброса» скорости перед срабатыванием основного тормо
за. Тем самым облегчается работа основного тормоза, а именно: уменьшаются износ тор-
мозных колодок и их нагрев.
Кроме того , электрическое торможение ограничено применяют в некоторых сиcте-
мах судовой электроавтоматики, например, авторулевых типа АТР, АИСТ и др.
Различают 5 видов электрического торможения асинхронных двигателей:
Из всех видов торможения на судах чаще всего применяется рекуперативное ( в электроприводах грузоподъемных механизмов ).
3.2. Рекуперативное торможение асинхронных двигателей
В судовых условиях рекуперативное торможение наступает в двух случаях:
1. всякий раз при переходе с большей скорости на меньшую;
2. при спуске тяжелого груза.
Рассмотрим оба случая поочередно.
Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на мень-
шую
Рассмотрим процесс рекуперативного торможения на примере перехода с «двойной звезды» на «звезду» ( рис. 9.20 ).
Рис. 9.20. Рекуперативное торможение при переходе с «двойной звезды» на «звезду»
Перед началом торможения двигатель работает в точке «А» в установившемся ре-
жиме, при котором вращающий электромагнитный момент двигателя равен тормозному статическому механизма, М = М, скорость двигателя постоянна и соответствует точке «А». Например, пусть частота вращения ротора n = 2940 об / мин, а скорость вращения
магнитного поля обмотки статора n= 3000 об / мин, т.е. ротор отстает от магнитного по-
ля.
Для торможения двигателя отключают обмотку «двойной звезды» и включают об-
мотку «звезды». Двигатель при постоянстве скорости ( n = 2940 об / мин ) переходит из точки «А» в точку «В».
На «звезде» скорость вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин, а сам ротор по инерции вращается с прежней скоростью n = 2940 об / мин, т.е. обгоня
ет магнитное поле обмотки статора. Начиная с точки «В» и на участке «ВСD» асинхрон-
ный двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя механическую энергию, полу
чаемую от движущихся масс привода, в электрическую, возвращаемую в судовую сеть.
При этом знак электромагнитного момента двигателя изменяется на противополож-
ный, т.е. этот момент становится тормозным.
. Поэтому, начиная с точки «В», к валу двигателя приложены два тормозных момен-
та статический Ммеханизма и электромагнитный М двигателя.
Под совместным действием этих моментов двигатель быстро уменьшает скорость ротора по траектории «ВСD», причем в точке «D» скорость ротора уменьшается до скоро
сти вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин.
Поскольку в точке «D» скорости ротора и магнитного поля одинаковы, двигатель в этой точке переходит режим идеального холостого хода, его электромагнитный момент М = 0.
Однако в точке «D» к валу двигателя остается приложенным второй тормозной мо-
мент статический момент механизма М. Под действием последнего скорость ротора
продолжает уменьшаться, и на отрезке «DE» станет меньше скорости магнитного поля об-
мотки статора. Двигатель перейдет из режима идеального холостого хода в обычный дви
гательный режим, причем переходный процесс закончится в точке «Е».
Особенности торможения:
статора, т.е. n > n;
2. при торможении асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода, в электри
ческую, возвращаемую в судовую сеть;
3. тормозной момент на валу двигателя сохраняется только на отрезке «ВСD» меха
нической характеристики «звезды»;
4. рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую ши-
роко применяется в электроприводах судовых грузоподъемных устройств, для предвари-
тельного сброса скорости перед наложением основного электромеханического тормоза.
. 3.4. Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза
Рассмотрим процесс рекуперативного торможения при спуске тяжелого груза
( рис. 9.21 ).
Рис. 9.21. Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза
Для получения этого вида торможения двигатель включают в направлении на «спуск», сразу же переводя привод в режим силового спуска.
При пуске двигатель развивает пусковой момент М, который направлен согласно со статическим моментом механизма М.
Под совместным действием этих моментов двигатель быстро набирает скорость по траектории «АВС», причем в точке «С» скорость ротора увеличивается до скорости вра-
щения магнитного поля обмотки статора.
Поскольку в точке «С» скорости ротора и магнитного поля одинаковы, двигатель в этой точке переходит режим идеального холостого хода, его электромагнитный момент М = 0.
Однако в точке «С» к валу двигателя остается приложенным второй тормозной мо-
мент статический момент механизма М. Под действием последнего скорость ротора
продолжает увеличиваться , и на отрезке «СD» станет больше скорости магнитного поля обмотки статора. Двигатель перейдет из режима идеального холостого хода в режим подъ
ема груза, причем переходный процесс закончится в точке «D».
Т.о., на отрезке «СD» электромагнитный момент двигателя направлен на подъем, а фактически происходит спуск груза. Поэтому электромагнитный момент является тормоз-
ным, его роль заключается в том, что он стабилизирует скорость спуска груза, не давая
грузу разгоняться свыше скорости, соответствующей точке «D».
Особенности торможения:
обмотки статора;
2. при торможении асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода, в электри
ческую, возвращаемую в судовую сеть;
3. тормозной момент на валу двигателя сохраняется только на отрезке «АВС» меха
нической характеристики «звезды»;
4. рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза ограничено применяется
в электроприводах судовых грузоподъемных устройств с целью стабилизации скорости опускания груза.
Для реверса 3-фазного асинхронного электродвигателя надо поменять местами ( пе
реключить ) два любых линейных провода.
При этом поменяется порядок чередования фаз обмотки статора, что приведет к из-
менению направления вращения ( реверсу ) магнитного потока обмотки статора.
Рис. 9.22. Прямое ( а ) и обратное ( б, в, г ) направление вращения ротора
3-фазного асинхронного двигателя
На рис. 9.20, а изображена схема, соответствующая условному прямому направле-
нию вращения ротора двигателя ( по часовой стрелке ). Из схемы следует, что выводы питающей сети и обмотки статора соединены попарно, а именно: вывод L1 соединен с выводом U1, вывод L2 - с выводом V1, вывод L3 с выводом W1 ( L1- U1, L2 - V1, L3 W1 ).
На рис. 9.22, б переброшены линейные провода L1 и L2 , на рис. 9.22, в провода L2 и L3, на рис. 9.22, г - провода L1 и L3. В каждом из этих случаев на обмотке статора меняет
ся порядок чередования фаз питающей сети ( по отношению к рис. 9.22, а ), и двигатель реверсирует.
Поэтому на практике не имеет значения, какие именно два линейных провода бу-
дут переброшены ( переключены ).
Для реверса асинхронного двигателя применяют 2-полюсные или 3-полюсные ре-
версивные контакторы ( рис. 9.23 ).
.
Рис. 9.23. Схема реверса 3-фазного асинхронного двигателя при помощи 2-полюс-
ных ( а ) и 3-полюсных ( б ) реверсивных контакторов
В схеме на рис. 9.23, а использованы 2-полюсные реверсивные контакторы КМ1 и КМ2, на рис. 9.23, б треполюсные. В обеих схемах для реверса переключаются линей
ные провода L1 и L2. В схеме на рис. 9.23, б правый контакт контактора КМ1 и левый кон
такт контактора КМ2 включены параллельно друг другу, т.е. поочередно подключают к выводу W1 обмотки статора один и тот же провод L3 как при прямом, так и обратном направлении вращения ротора двигателя.
Схема на рис. 9.23, а позволяет использовать менее дорогие 2-полюсные контакто-
ры, но имеет повышенную опасность для обслуживающего персонала, т.к. линейный про-
вод L3 постоянно подключен к обмотке статора двигателя.
3. КОММУТАЦИОННО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРОИВОДОВ
1. Электрические аппараты
1.1. Основные сведения
Аппарат ( от латинского «apparatus» - оборудование ) прибор, техническое устрой
ство, приспособление.
Коммутация ( от латинского «commutatio» - перемена ) процесс переключения
электрических цепей.
Коммутационный аппарат ( англ. - switchgear ) аппарат, предназначенный для переключения электрических цепей.
На современных судах все механизмы электрифицированы. Это означает, что они
приводятся в движение при помощи электродвигателей. Для управления электродвигате-
лями применяют электрические аппараты. Простейшим таким аппаратом является рубильник, при помощи которого вручную включают или выключают электродвигатель.
В общем случае электрическим аппаратом называют электротехническое устрой
ство, предназначенное для управления электрическими токами или механическими нагруз-
ками электрооборудования.
При этом под управлением электрическим током понимают коммутацию, стабили-
зацию, регулирование и преобразование электрического тока.
В настоящее время существует множество разновидностей самих аппаратов и вы-
полняемых ими функций, что делает невозможным классификацию аппаратов по одному какому-либо признаку.
Поэтому на практике электрические аппараты классифицируют по 8 основным при
знакам:
1. области применения;
кация 50 ( 441 ) Международной электротехнической комиссии ):
При этом к аппаратуре распределительных устройств относят аппараты, применя-
емые при генерировании, передаче, распределении и преобразовании электроэнергии, а к аппаратуре управления аппараты, применяемые для управления аппаратами распредели
тельных устройств.
Иначе говоря, аппараты распределительных устройств используют в силовых це-
пях, а аппараты управления в цепях управления. Часто аппараты управления называют командоаппаратами.
К силовым относят цепи, содержащие элементы, предназначенные для производ-
ства, передачи, распределения и преобразования электроэнергии, в частности:
с короткозамкнутым ротором, а также цепи обмоток роторов асинхронных двигателей с фазным ротором.
К цепям управления относят вспомогательные цепи аппарата, предназначенные для
его управления, например, цепь катушки контактора.
2. По назначению электрические аппараты делятся на 4 вида:
ники, неавтоматические выключатели, переключатели, разъединители и др. );
нальных ( предохранители, автоматические выключатели, реле тока, напряжения, мощно
сти, конечные и путевые выключатели, и др. );
электрических установок ( пускатели, пусковые и пуско-регулировочные реостаты, регуляторы возбуждения и др. );
установок ( реле температуры, давления, уровня, частоты вращения и др. ).
3. По принципу действия электрические аппараты делятся на 4 вида:
4. По напряжению электрическая аппаратура делится на низковольтную ( до 230 В ) и высоковольтную ( свыше 230 В ).
5. По конструктивному исполнению электрические аппараты делятся на 4 вида:
брызг;
ния воды при помощи резиновых прокладок;
нии.
6. По способу управления различают электрическую аппаратуру:
троллеры и др. );
др. ).
7. По режиму работы различают электрическую аппаратуру продолжительного
( S1 ), кратковременного ( S2 ) и повторно-кратковременного ( S3 ) режима работы. В ре-
жиме S1 работают электроприводы вентиляторов и некоторых насосов, в режиме S2 якорно-швартовные устройства, шлюпочные и траповые лебедки, в режиме S3 - грузовые лебедки и краны. Всего же режимов работы 8 ( S1…S8 ),4 повторно-кратковременный, включая пуск; S5 повторно-кратковременный, включая электрическое торможение; S6 продолжительный при переменной нагрузке; S7 продолжительный , включая электриче-
ское торможение, S8 режим работы при периодическом изменении частоты вращения и нагрузки ). Однако судовые электроприводы работают, в основном, в режимах S1, S2 и S3.
8. По наличию перемещающихся ( подвижных ) контактов электрические аппа
раты делятся на 2 группы( ГОСТ 17703 72 ) :
В контактных аппаратах переключение электрической цепи происходит путем
перемещения контактных деталей аппарата относительно друг друга, а в бесконтактных
без такого перемещения деталей аппарата. В качестве контактных деталей применяются подвижные и неподвижные медные контакты , бесконтактных полупроводниковые приборы транзисторы и тиристоры.
2. Командоаппараты
2.1. Основные сведения
Командоаппаратами называют устройства, предназначенные для переключения
цепей управления электроприводами под воздействием оператора или механизма.
К командоаппаратам относятся:
2.2. Кнопочные посты управления
Кнопочный пост управления это электротехническое устройство, состоящее из
одной и более кнопок управления. Кнопочные посты управления тельферов передвиж-
ных тележек для перемещения поршней главного двигателя, имеют 9 кнопок управления.
Кнопка управления ( кнопочный элемент ) это коммутационный аппарат с ручным приводом.
Различают 2 типа кнопок:
В кнопках с самовозвратом имеется возвратная пружина, возвращающая контакт
кнопки в исходное состояние после прекращения нажатия кнопки ( рис. 9.24, а ).
Рис. 9.24. Конструктивные формы кнопочных постов: а - кнопочный элемент; б открыто утопленный пост; в защищенный кнопочный пост; 4 водозащищенный
кнопочный пост; 1 основание; 2 лицевая панель; 3 шпильки стяжные; 4
кнопка «Пуск»; 5 кнопка «Стоп»; 6 толкатели; 7 возвратные пружины
Кнопочный пост с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп» ( рис. 9.24,б ) состоит из па-
раллельно расположенных основания 1 и лицевой панели 2 , жестко соединенных при по-
мощи шпилек 3. На основании закреплены кнопочные элементы 4 - «Пуск» и 5 «Стоп». Каждый элемент включает в себя пару контактов - подвижный и неподвижный, толкатель 6 ( шток ), возвратную пружину 7 и собственно кнопку.
Если кнопка не нажата, то пара контактов кнопки «Пуск» разомкнута, а кнопки «Стоп» замкнута. При нажатии кнопки «Пуск» подвижный контакт перемещается и замы-
кается с неподвижным, в этом месте образуется цепь тока. При нажатии кнопки «Стоп» подвижный и неподвижный контакты размыкаются, в этом месте образуется разрыв цепи.
Если кнопку ( любую ) отпустить, подвижные контакты под действием пружины возвращаются в исходное состояние.
Таким образом, кнопка «Пуск» имеет замыкающий контакт, а кнопка «Стоп» - раз-
мыкающий.
Условное обозначение кнопок показано на рис. 9.25. Наличие самовозврата обозна
чается при помощи небольшого треугольника, обращенного вершиной верх.
Рис. 9.23. Кнопки нажимные «Пуск» - а , «Стоп» - б и вытяжная - в
На рис. 9.25, а, б, в, верхняя часть изображения кнопок в виде буквы «П» обозна-
чает направление движения подвижной части кнопок. Таким образом, кнопки «Пуск» и «Стоп» надо нажимать в направлении сверху вниз, а вытяжную вытягивать за её голов-
ку ( при вытягивании ее контакт замыкается ).
2.3. Командоконтроллеры
Командоконтроллер это командоаппарат ручного управления, предназначенный для частого переключения контактов в цепях управления.
В зависимости от типа, командоконтроллеры имеют до 12 рабочих положение и до 12 цепей. Каждому рабочему положению соответствует определенный рабочий режим, например, «травить», «лево», «скоростной спуск», «выбирать», «право», «тяговый подъ-
ем» и т.п. Число цепей определяется схемой управления электропривода чем больше функций выполняет схема, тем больше число цепей.
Основным элементом контроллера является переключающее устройство ( рис.
9.26 ).
Рис. 9.26. Переключающее устройство командоконтроллера: 1 вал; 2 кулачковая шайба; 3 ролик; 4 пластмассовый рычаг; 5 ось; 6 пружина; 7 подвижные контакты
8 неподвижные контакты
Переключающее устройство состоит из вала квадратного сечения 1, который пово-
рачивается вручную рукояткой управления. На валу закреплены пластмассовые кулачко
вые шайбы 2 определенного профиля. Контактная система включает неподвижные контакты 8 и подвижные контакты мостикового типа 7, закрепленные на пластмассовом рычаге 4, который прижимается к кулачковой шайбе пружиной 6. Рычаг сидит на оси 5.
Поворот рукоятки управления вызывает поворот вала 1 с кулачковыми шайбами 2. Если при этом ролик 3 попадает во впадину шайбы, подвижный и неподвижный контакты замыкаются ( на рис. 9.26 - правая пара контактов ). Выход ролика из впадины приводит к размыканию контактов ( на рис. 9.26 левая пара контактов ).
Каждое положение рукоятки аппарата фиксируется специальным храповым устрой
ством, состоящим из подпружиненного ролика и шестерни в виде звездочки. Ролик свя-
зан с корпусом аппарата, а звездочка находится на валу 1. Фиксированное положение рукоятки наступает при попадании ролика внутрь выемки на звездочке.
Командоконтроллеры могут иметь 4, 6 или 12 кулачковых элементов ( пар контак-
тов ) и от 1 до 6 положений рукоятки в одну сторону.
Командоконтроллер серии КМ-200 в сборе показан на рис. 9.27.
Рис. 9.27. Командоконтролер типа КМ-200: 1 вал; 2 кулачковые шайбы; 3 пружина; 4 ось рычага; 5 рычаги; 6 ролики; 7 контакты
Положение контактов и их количество указывается в специальной таблице замыка-
ний контактов ( рис. 9.28 ).
Рис. 9.28. Таблицы замыканий контактов: верхняя с крестиками; нижняя с точками
Эту таблицу можно изобразить двумя равнозначными способами:
Таблица с крестиками ( рис. 9.28, верхняя часть ) состоит из колонок и строчек.
В крайней левой колонке указаны номера подвижных контактов от 1 до 7. В осталь
ных колонках указаны номера нулевого и рабочих положений рукоятки командоконтрол-
лера. Нулевое положение обозначено цифрой «0», а рабочие положения цифрами 1, 2, 3 и 4 в обоих направлениях - «Назад» и «Вперед».
В строчках напротив номеров контактов крестиками или пустыми клетками обо-
значается состояние контакта, а именно: если в каком-либо положении рукоятки контакт замкнут, в клетке стоит крестик, если контакт разомкнут клетка пустая.
Например, контакт №1 замкнут только в нулевом положении ( «0» ) и разомкнут во всех рабочих ( «1», «2», «3», «4» в направлениях «Выбирать» и «Травить»).
Контакт №2 разомкнут в нулевом положении, но замкнут во всех рабочих.
Контакт №3 разомкнут в нулевом положении и в положениях 1, 2, 3 и 4 в направле
нии «Назад», но замкнут в положениях 1, 2, 3 и 4 в направлении «Вперед», и т.д.
Таблица с точками ( рис. 9.28, нижняя часть ) состоит из вертикальных пунктирных линий и строчек с точками. Номера вертикальных линий 0, 1, 2, 3 и 4 ( в обе стороны ) соответствуют положениях рукоятки командоконтроллера, а точки равнозначны крести-
кам - если в каком-либо положении рукоятки контакт замкнут, на вертикальной линии стоит точка, если контакт разомкнут точки нет.
Например, контакт №1 замкнут только в нулевом положении, т.к. на вертикальной линии «0» стоит точка, и разомкнут во всех рабочих «1», «2», «3», «4» в направлениях «Выбирать» и «Травить» - на вертикальных линиях точки отсутствуют.
2.4. Конечные и путевые выключатели
Конечным выключателем называют аппарат, предназначенный для остановки элек-
тропривода в предельном ( конечном ) положении механизма.
Например, механизм стрелы грузового крана имеет два конечных выключателя,
один из которых отключает двигатель при подходе стрелы к крайнему верхнему положе-
нию, а другой к крайнему нижнему.
Путевым выключателем называют аппарат, предназначенный для управления элек
троприводом в промежуточном положении механизма.
Путевые выключатели не отключают электропривод, а переводят его на меньшую скорость перед подходом к предельному положению. Например, механизм перемещения портального крана вдоль стенки причала имеет два путевых выключателя, каждый из ко-
торых переводит электропривод этого механизма с большей скорости на меньшую при подходе на один два метра к крайнему положению. Остановку электропривода в край-
них положениях выполняют конечные выключатели.
На судах путевые выключатели применяют в рулевых устройствах для включения сигнальных ламп положения пера руля: в нулевом положении горит лампа белого цвета, в рабочих положениях горят лампы красного цвета «Лево руля» и белого цвета «Право руля».
По устройству конечные и путевые выключатели делятся на 3 типа:
Нажимные выключатели
Нажимные выключатели, как правило, применяют в качестве конечных ( рис. 9.29 )
Рис. 9.29. Принципиальная схема нажимного выключателя:
1 неподвижные контакты; 2 нажимное устройство; 3 упор механизма
На штоке нажимного устройства 2 находятся два мостиковых подвижных контакта,
электрически не связанных друг с другом. В исходном положении верхний подвижный контакт соединяет через себя левый и правый неподвижные контакты.
При подходе рабочего ( движущегося ) органа механизма упор 3 надавливает на шток нажимного устройства 2, шток опускается вниз. При этом размыкаются верхние кон-
такты и замыкаются нижние.
Рычажные выключатели
В рычажных выключателях переключение контактов осуществляется воздействием
упора механизма 1 на рычаг выключателя 2 ( рис. 9.30 ).
Рис. 9.30. Принципиальная схема рычажного выключателя:
1 упор механизма; 2 рычаг выключателя
В исходном состоянии выключателя его контакты замкнуты.
При подходе рабочего органа механизма к крайнему положению упор 1 механизма
надавливает на Г-образный рычаг выключателя 2. Последний, сжимая пружину, повора-
чивается в направлении против часовой стрелки, в результате чего контакты выключателя размыкаются.
На судах рычажные конечные выключатели применяют в электроприводе механиз-
ма изменения вылета стрелы грузовых кранов. Внешний вид такого выключателя изобра-
жен на рис. 9.31.
Рис. 9.31. Рычажный конечный выключатель: 1 упор механизма; 2 ролик; 3 рычаг
Контактный валик внутри выключателя связан с рычагом 3, на конце которого нахо
дится ролик 2. При набегании на ролик 2 упора механизма 1, рычаг 3 поворачивается на
30º, вследствие чего один контакт выключателя размыкается, а другой замыкается.
При отводе упора назад возвратная пружина устанавливает рычаг в вертикальное положение.
Шпиндельные конечные выключатели
Шпиндельные выключатели применяют в электроприводах судовых лебедок и кранов в механизме подъема для контроля длины троса, смотанного с грузового барабана.
Выключатели останавливают электродвигатель, когда на барабане остается 2 3 шлага троса.
В отсутствие выключателя двигатель полностью смотает трос с барабана и,не оста-
навливаясь, начнет наматывать его на барабан с изломами и перехлестами, что недопусти-
мо.
Рис. 9.32. Принципиальная схема шпиндельного выключателя:
1 винт; 2 гайка; 3 шток; 4, 5 ролики кулачкового механизма; 6,8 подвижные кон-
такты, 7,9 неподвижные контакты; М электродвигатель; Р редуктор; КЛ, КП реле «Лево», «Право»
Вращение электродвигателя М через редуктор Р передается винту 1. На винт наде-
та прямоугольная гайка 2, имеющая в верхней части сквозное отверстие. Через это отвер-
стие проходит шток 3. Поэтому при работе электродвигателя гайка поступательно переме-
щается вдоль винта влево или вправо, в зависимости от направления вращения вала двига-
теля.
В исходном состоянии контакты 6,7 получает питание катушка промежуточного реле КЛ «Лево», через контакты 8,9 реле КП «Право».
При достижении гайкой 2 , например, крайнего левого положения, контакты 6 и 7
размыкаются, реле КЛ «Лево» отключается и своими контактами производит необходи-
мые изменения в схеме управления электроприводом.
В результате электродвигатель останавливается. Поскольку контакты 7,9 остаются замкнутыми, сохраняется возможность работы электродвигателя в обратном направлении.
3.1. Основные сведения
Контроллер от английского глагола «to control» - управлять.
Контроллером называется многоступенчатый аппарат управления с ручным приво-
дом, подвижные контакты которого переключаются по заданной программе при повороте его приводного вала.
В зависимости от назначения, контроллеры делятся на два вида:
Силовыми называются контроллеры, предназначенные для коммутации силовых
цепей. Токи в силовых цепях составляют единицы десятки ампер. Например, контролле
ры серий КВ1 и КВ2 коммутируют токи от 10 до 60 А.
Командоконтроллерами называются контроллеры, предназначенные для коммута-
ции цепей управления. Токи в таких цепях составляют десятые доли - единицы ампер.
Например, командоконтроллеры серий КВ0, КН и КТ рассчитаны на ток 10 А.
3.2. Силовые контроллеры
Силовые контроллеры применяют для пуска, реверса, регулирования скорости, торможения и остановки двигателей в электроприводах грузоподъёмных механизмов при мощности двигателя до 10…12 кВт и электроприводах якорно-швартовных механизмов при мощности до 20 кВт.
Различают два вида силовых контроллеров:
1.барабанные;
2.кулачковые.
Силовой барабанный контроллер
Силовой барабанный контроллер изображен на рис. 9.33.
Рис. 9.33. Силовой барабанный контроллер: 1 медные сухарики; 2 неподвижные контакты; 3 стальная рейка; 4 зажимы; 5 маховик; 6 вал; 7 кулачковые шайбы; 8 медные пластины
Контроллер имеет литой корпус, закрытый крышкой с резиновым уплотнением. С
маховиком 5 механически связан вертикальный вал 6, на котором смонтированы кулачко-
вые изоляционные шайбы 7 с привинченными к ним медными подвижными контактами 8.
Эти контакты выполнены в виде сегментов разной длины, напротив которых распо
ложены на стальной рейке 3 изолированные от нее неподвижные контакты 2. Каждый та-
кой контакт на одном конце конце имеет сухарик привинченный медный съемный кон-
такт 1, а на другом зажимы 4 для подключения кабелей.
Сегменты расположены по высоте барабана в определенном порядке.
Принцип действия контроллера состоит в следующем.
При повороте барабана сухарики 1 cкользят по сегментам 8, замыкаясь или размы-
каясь с ними, что приводит к необходимым переключениям в схеме управления электро-
приводом.
Барабанные контроллеры имеют следующие недостатки:
1.большой вес и габариты;
2.недостаточно плотный скользящий контакт между подвижными и неподвижны-
ми контактами.
В 60-е годы ХХ века на смену барабанным контроллерам пришли кулачковые.
Силовой кулачковый контроллер
Устройство силового кулачкового контроллера показано на рис.9.34.
Рис. 9.34. Силовой кулачковый контроллер:
а общий вид; б контактное устройство;
1 дугогасительный рог; 2 полюсные наконечники; 3 асбоцементная камера;
4 подвижный контакт; 5 суппорт; 6 пружина контакта; 7 рычаг; 8 ролик;
9 пружина; 10 дугогасительная катушка; 11 сердечник катушки; 12 непод-
вижный контакт
С маховиком контроллера в виде штурвала ( рис. 9.34, а, нижняя проекция ) механи
чески связан вал, на котором смонтированы кулачковые шайбы с переменным профилем
( отсюда название этого типа контроллера кулачковый ).
Против каждой кулачковой шайбы на неподвижной изоляционной панели располо-
жены контактные устройства ( рис. 9.34, б ).
Контактное устройство представляет собой рычаг 7, на одном конце которого на оси закреплен подпружиненный суппорт 5 с подвижным контактом 4. На втором конце рычага размещён ролик 8, находящийся во впадине шайбы. На этот конец рычага давит пружина 9, заставляя подвижный контакт 4 надавливать на неподвижный контакт 12.
При повороте маховика ролик 8 выходит из впадины шайбы и попадает на её вы-
ступ. При этом шайба надавливает на ролик, заставляя рычаг повернуться по часовой стрелке вокруг оси. Верхний край рычага сжимает пружину 9, а нижний отводит подвиж-
ный контакт 4 от неподвижного 12, контакты размыкаются.
Углы поворота вала с шайбами фиксируются в определенных положениях с помо-
щью храпового устройства. Профиль кулачковых шайб определяет программу управления электроприводом пуск, первая скорость, вторая скорость, остановка и т.п.
Дугогасительное устройство постоянного тока состоит из последовательной искро
гасительной катушки 10, сердечника катушки 11, полюсных наконечников 2, дугогаситель
ного рога 1 и асбестоцементной камеры 3.
На переменном токе дугогашение обеспечивается установкой между кулачковыми элементами асбестоцементных перегородок, которые препятствуют перекрытию дугой рядом расположенных полюсов аппарата.
Контактные устройства цепей управления устроены и работают аналогичным обра
зом, но их контакты не пальцевые, а мостиковые и без дугогашения.
Основные сведения
Коммутация ( от лат. сommutatio - перемена ) переключение электрических цепей
Контактором называется электромагнитный аппарат дистанционного действия,
предназначенный для частых переключений силовых электрических цепей.
Контакторы предназначены для выполнения следующих основных операций по управлению судовыми электроприводами:
На судах контакторы работают в тяжелых условиях: при повышенной вибрации,
сотрясениях, ударах и наклонах, высокой влажности и колебаниях температуры.
Поэтому к конструкции контакторов предъявляются повышенные требования: про-
стота устройства, износоустойчивость, влаго- и нагревостойкость, брызго- и водозащи-
щенность, способность устойчиво работать при кренах и дифферентах.
4.2. Классификация контакторов
Контакторы классифицируются по таким основным признакам:
ного тока;
другими одновременно;
контактора ) и др.
4.3. Основные системы контакторов
К основным системам контакторов относятся:
Рассмотрим эти системы подробней.
4.4. Устройство и принцип действия контактора
Рассмотрим устройство и принцип действия контактора, изображенного в упрощен
ном виде ( рис. 9.35 ).
Система главных контактов состоит из двух главных контактов - неподвижного 1 и подвижного 2.
Система вспомогательных контактов включает в себя подвижный контакт 4 и не-
подвижные контакты 10-11 и 12-13.
В электромагнитную систему входят сердечник 6 с катушкой 7 и якорь 5.
Дугогасительная система, для упрощения объяснения, на рис. 9.35 не показана, но
ее устройство и принцип действия объясняются ниже.
В исходном положении ( рис. 9.35, а ) катушка 7 обесточена, отключающая пружи
на 9 притягивает нижнюю часть якоря к изоляционной плите 14.
Главные контакты 1 и 2 разомкнуты, а контактная пружина 3 сжата между верхней частью якоря и контактом 2 с небольшим усилием.
Подвижный контакт 4 замыкает вспомогательные контакты 10 и 11, два других та-
ких контакта 12 и 13 разомкнуты.
Рис.9.35. Электромагнитный контактор: 1 неподвижный контакт; 2 подвижный контакт; 3 - контактная пружина; 4 подвижный вспомогательный контакт;
5 поворотный якорь; 6 сердечник электромагнита; 7 катушка электромагнита; 8 гибкая перемычка; 9 отключающая пружина; 10-11, 12-13 - неподвижные контакты; 14 изоляционная плита ( основание )
Если на катушку 7 подать напряжение, катушка создаст в сердечнике 6 магнитный поток. В результате якорь 5 притянется к сердечнику ( рис. 9.35, б, в ). При этом подвиж-
ный контакт 2 замкнется с неподвижным контактом 1, контакты 10-11 разомкнутся, а 12-13 замкнутся.
На рис 9.35, б показано промежуточное положение якоря, при котором между
нижней частью якоря и сердечником сохраняется воздушный зазор. В этом положении от-
ключающая пружина 9 растянута не полностью, а контактная пружина 3 сжата не полно-
стью, и поэтому сила давления контакта 2 на контакт 1 невелика.
На рис. 9.35, в показано конечное положение якоря, при котором нижняя часть якоря плотно прижата к сердечнику ( нет воздушного зазора ), а контактная пружина 3 заставляет подвижный контакт 2 плотно прижаться к неподвижному 1.
При снятии питания с катушки 7 магнитный поток в сердечнике исчезнет и якорь 5 под действием отключающей пружины 9 и собственного веса отпадет от сердечника. При
этом главные контакты 1 и 2 разомкнутся, а вспомогательные переключатся: контакты 10-11 замкнутся, а 12-13 разомкнутся ( рис. 9.35, а ).
Основное назначение контактной пружины 3 состоит в том, чтобы обеспечить не-
обходимое по условиям эксплуатации нажатие подвижного контакта 2 на неподвижный 1. Кроме того, она выступает как амортизатор, смягчая удар подвижного контакта по непод-
вижному при включении контактора.
Степень сжатия регулировочной пружины можно изменять при помощи регулиро-
вочной гайки ( на рис. 9.35 не показана ).
В рассмотренном контакторе применена магнитная система с поворотным якорем
( более подробно ниже ). Осью, на которой поворачивается якорь, здесь служит грань призмы.
В зависимости от того, в каких цепях находятся контакты, различают главные и вспомога
тельные контакты.
Главные контакты предназначены для коммутации силовых цепей. К силовым це-
пям относят цепи с токами в десятки и сотни ампер, например, цепи обмотки якоря двига-
телей постоянного тока, обмоток статора и ротора 3-фазных асинхронных двигателей и др.
Часто такие цепи называют цепями сильного или главного тока.
Вспомогательные контакты предназначены для коммутации цепей управления, сиг
нализации и контроля. К цепям управления относят цепи катушек контакторов и реле, сигнализации сигнальных лампочек и звуковых приборов ( звонков, ревунов и т.п. ), контроля тепловых и температурных реле, конечных выключателей и т.п.
Значение тока в таких цепях не превышает нескольких десятков ампер ( обычно
же - доли ампера или единицы ампер ). Поэтому такие цепи часто называют цепями слабо
го тока.
Устройство
Конструкции контактов чрезвычайно разнообразны. В контакторах судового испол
нения применяют, в основном, контакты двух типов:
Рис. 9.36: пальцевые ( а ) и мостиковые ( б ) контакты; А провал контактов;
В раствор контактов; 1 подвижный мостиковый контакт; 2 неподвижный контакт
Пальцевые контакты по форме напоминают согнутый палец, т.е. имеют изогнутую
форму ( рис. 9.36, а ). Такая форма обеспечивает перекат и проскальзывание одного кон
такта по другому при включении контактора. Это приводит к стиранию изолирующей оксидной пленки и грязи с поверхности контакта, т.е. к самоочистке контактов.
Кроме того, места прилегания контактов и их размыкания отдалены друг от друга
( на рис. 9.36, а, место прилегания расположено выше ). Это означает, что поверхность контактов в месте прилегания более ровная, чем в месте размыкания, в котором контакты обгорают и оплавляются вследствие действия дуги.
Оплавление приводит к тому, что площадь соприкосновения контактов резко умень
шается, поэтому переходное сопротивление ( между подвижным и неподвижными контак
тами ) и , соответственно, нагрев контактов увеличивается. В результате возможно прива-
ривание контактов друг к другу ( сваривание контактов ).
Чтобы уменьшить износ , на медные контакты наваривают серебряные накладки в виде плоских круглых пятачков. Серебро почти не окисляется и переходное сопротивле-
ние таких контактов изменяется незначительно. Однако серебро мягче меди, поэтому эти контакты изнашиваются быстрее и стоят дороже.
В последнее время во многих типах современных контакторов применяют более износостойкие металлокерамические контакты.
Мостиковые контакты ( рис. 9.36, б ) по форме напоминают мостик, соединяющий два берега ( в данном случае два неподвижных контакта ). У таких контактов перекатыва
ние и проскальзывание минимально, поэтому для предотвращения образования оксидной пленки поверхность мостиковых контактов часто покрывается тонким слоем серебра.
4.6. Изображение контактов
При изображении контактов применяют следующие правила:
30º к горизонтали ( вертикали );
должение изображения провода, либо в виде двух отрезков прямых, расположенных под углом 90º;
ром схема обесточена;
Ниже изображены основные типы контактов контакторов:
1. замыкающий ( рис. 9.37, а );
2. размыкающий ( рис. 9.37, б );
Каждый тип контакта может иметь два изображения, в зависимости от того, как
расположены на схеме провода, подходящие к неподвижным контактам. Например, на рис. 9.37, а изображен один и тот же тип контакта «замыкающий», на левой части этого рисунка провода, подходящие к неподвижным контактам 2 и 3, расположены горизонталь
но, а на правой вертикально.
Рис. 9.37. Контакты: замыкающий ( а ), размыкающий ( б ) и переключающий ( в );
1 подвижный контакт; 2,3 неподвижные контакты; F сила, действующая на подвижный контакт при включении контактора
Название того или иного типа контакта зависит от того, какое положение займёт подвижный контакт после включения контактора.
Для этого применяют такое правило:
при включении контактора сила F действует на подвижный контакт в на-
правлении сверху вниз или слева направо.
Поясним это на примерах.
На рис. 9.37, а ( левая часть ) подвижный контакт 1 в начальном состоянии разомк-
нут, однако при включении контактора он под действием силы F займет горизонтальное положение . При этом он соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3, т.е. замкнет электрическую цепь, отсюда название «замыкающий».
Аналогично, на правой части рисунка 9.37, а подвижный контакт 1 в начальном состоянии разомкнут, но после включения контактора он под действием силы F займет вертикальное положение и соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3.
Подвижный контакт 1 на рис. 9.37, б в начальном состоянии замкнут , однако при включении контактора он займет вертикальное ( левая часть рис. 9.37, б ) или горизон-
тальное ( правая часть рис. 9.37, б ) положение, т.е. разомкнет электрическую цепь, отсю-
да название «размыкающий».
Подвижный контакт 1 на рис. 9.37, в в начальном состоянии образует электриче-
скую цепь с неподвижным контактом 2, однако при включении контактора он переключа-
ется и образует электрическую цепь с неподвижным контактом 3, отсюда название «переключающий».
В общем случае электромагнитная система контактора состоит из 4-х элементов ( рис. 9.55 ):
По характеру движения якоря различают 2 типа контакторов:
Рис. 9.38. Магнитные системы контакторов: а, б с поворотным якорем; в, г с прямоходовым якорем ( 1 скоба, 2 якорь, 3 катушка, 4 сердечник ); стрелка-
ми показано направление движения якорей при включении контакторов
При подаче питания в контакторах первого типа якорь поворачивается на опреде-
ленный угол, т.е. совершает криволинейное движение, в контакторах второго типа перемещается вверх или вниз, т.е. совершает поступательное движение.
В контакторах с поворотным якорем осью, вокруг которой поворачивается якорь,
служит грань трехгранной призмы ( рис. 9.38, а ) или стальная цилиндрическая ось ( рис.9.38, б). Направление движения якоря при подаче питания на катушку обозначено стрелками.
4.8. Катушки контакторов
У контакторов постоянного тока якорь и скоба имеют форму плоских пластин, а сердечник якоря цилиндрическую ( круглую ) форму. На сердечник надевается катушка, поэтому форма отверстия внутри катушки контактора постоянного тока повторяет форму сердечника ( т.е. отверстие круглое ).
У контакторов переменного тока якорь и сердечник выполняются в виде буквы «Ш», причем форма поперечного сечения якоря и сердечника прямоугольная ( квадрат-
ная ). Катушка надевается на средний стержень сердечника, поэтому отверстие внутри катушки имеет квадратную форму.
Кроме того, катушки контакторов постоянного тока вытянуты в длину, а контакто-
ров переменного тока, наоборот, имеют приплюснутую прямоугольную форму.
Катушки контакторов называются втягивающими. Они обеспечивают включение и удержание якоря в притянутом состоянии. При отключении катушки якорь возвращается в исходное состояние под действием отключающей пружины ( у прямоходовых контакто-
ров ) и собственного веса ( у контакторов с поворотным якорем ). При этом контакты раз-
мыкаются ( или переключаются ).
Втягивающая катушка контакторов постоянного тока питается постоянным током, переменного тока переменным или постоянным током. В последнем случае переменный ток сети предварительно выпрямляется при помощи полупроводниковых диодов.
Материал катушек контакторов медные изолированные проводники. Диаметр
и число проводников зависят от мощности контактора и составляют от десятых долей мм до 2-3 мм и от сотен до нескольких тысяч витков.
4.9. Короткозамкнутые витки
Через катушки контакторов переменного тока протекает переменный синусоидаль-
ный ток. Это означает, что в моменты времени, когда ток в катушке проходит через нуле-
вые значения, якорь контактора под действием отключающей пружины и собственного веса стремится отпасть.
Однако из-за механической инерции якорь не успевает полностью отпасть от сер-
дечника и при восстановлении тока в катушке вновь притягивается к нему. В результате якорь непрерывно вибрирует и гудит. При вибрации ослабевает контактное нажатие, а также увеличивается ток в катушке. В результате возможно сваривание контактов, а срок службы катушки резко сокращается.
Для устранения описанного явления на крайние стрежни Ш-образного сердечника
устанавливают короткозамкнутые медные или латунные витки. Эти витки обычно охваты
вают 2/3 или половину ( рис. 9.39 ) сечения стержня.
Рис. 9.39. Короткозамкнутый виток: Ф магнитный поток катушки; Фв магнитный поток короткозамкнутого витка.
4.10. Дугогасительная система контакторов
При размыкание электрической цепи, как правило, возникает дуговой разряд ( дуга ) между контактами.
Открытая дуга имеет высокую температуру ( до 5000 10 000º К ), что приводит к выделению большого объема светящихся газов и перегреву самих контактов.
Поверхность контактов обгорает, оплавляется, делается неровной, бугристой. Пло-
щадь прилегания контактов уменьшается, что приводит к увеличению переходного сопро-
тивления контактов и усилению их нагрева. При этом увеличивается износ контактов и сокращается срок службы аппарата.
Кроме того, в пламени дуги происходят опасные для аппаратов химические процес-
сы. Пары меди контактов, попадая в пламя дуги, окисляются там при высокой температуре и поглощают кислород воздуха. Образующийся при этом азот соединяется с парами воды и кислородом, образуя азотную кислоту HNO3. Капли этой кислоты могут образовать проводящие «мостики» между токоведущими частями в таких местах, куда ни дуга, ни ее пламя не могут попасть.
Для гашения дуги применяют дугогасительные устройства, использующие разные принципы гашения:
На транспортных судах нашли применение первые два способа, на судах с электро-
движением все три.
Гашение дуги магнитным дутьем
При магнитном дутье используется дугогасительная катушка, включаемая последо-
вательно с контактами и расположенная в непосредственной близости с ними ( рис. 9.40 ).
Рис. 9.40. Магнитное гашение электрической дуги: 1 электрическая дуга; 2 дугогасительная катушка; 3 сердечник катушки; 4 полюсные наконечники ; 5 контакты ( нижний подвижный, верхний неподвижный ); 6 дугогасительная камера; 7 дугогасительный рог; F электромагнитная сила, действующая на дугу
Принцип магнитного гашения дуги состоит в следующем.
Ток, протекающий через контакты 5 и витки катушки 2, создает магнитный поток, замыкающийся через сердечник катушки 3, полюсные наконечники 4 ( в виде металличе
ских плоских пластин - «щёк» ) и воздушный промежуток между ними. Направление сило
вых линий магнитного поля катушки найдено по правилу охвата катушки и обозначено штриховыми линиями.
Правило охвата применяется для определения направления магнитного потока катушки с током и состоит в следующем: если правой рукой охватить катушку так, чтобы четыре вытянутых пальца руки располагались по направлению тока в ней, то отогнутый большой палец покажет направление магнитных силовых линий в катушке.
При размыкании контактов возникает дуга, которая проводит ток прежнего направ-
ления. Дугу можно рассматривать как проводник с током, находящийся в магнитном поле.
На такой проводник действует электромагнитная сила Лоренца, направление кото-
рой находят по правилу левой руки.
Правило левой руки применяется для определения направления электромагнитной силы, действующей на проводник с током и состоит в следующем: если левую руку распо
ложить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, а четыре вытяну-
тых пальца располагались по направлению тока, то отогнутый большой палец левой руки покажет направление электромагнитной силы.
В данном примере эта сила F направлена вверх от контактов. Под действием этой силы дуга быстро перемещается по контактам от места возникновения к к верхним краям, а затем перебрасывается одним концом ( на рис. 9.40, б правым ) на дугогасительный рог 7.
Одновременно дуга как бы выдувается магнитным полем вверх и вталкивается в узкую часть дугогасительной камеры 6.
Данный способ гашения дуги был объяснен на примере контактора постоянного тока.
Однако этот способ применяется также в контакторах переменного тока с тяжелы-
ми условиями работы частыми включениями и отключениями. В таких условиях работа
ют электроприводы грузовых лебедок и кранов.
В этих контакторах через дугогасительную катушку протекает переменный ток.
Однако электромагнитная сила F= В*I* имеет одно и то же направление при в любой полуволне такого тока. Это объясняется тем, что в отрицательную полуволну переменно-
го тока одновременно изменяется как направление тока в дуге, так и направление сило-
вых линий магнитного поля дуги.
Алгебраическое объяснение этому такое:
в положительную полуволну F = (+ В)*(+I)* > 0, в отрицательную F = (- В)*(-I )* > 0.
4.11. Гашение дуги в дугогасительных камерах
Гашение дуги в дугогасительных камерах применяется как на постоянном, так и на переменном токе. Физические процессы, возникающие при этом, имеют много общего, но
есть и некоторые отличия. Поэтому гашение дуги при помощи камер рассмотрим пооче-
редно для постоянного, а затем переменного тока.
Вне зависимости от рода тока, корпуса камер изготовляются из дугостойких мате-
риалов асбоцемента ( применялся ранее, сейчас запрещен ), керамики и др.
4.12. Гашение дуги в контакторах постоянного тока
Выше ( рис.9.40, а ) было показано, что под действием электромагнитной силы F дуга выдувается в узкую часть дугогасительной камеры 6 ( рис.37, б, нижний рисунок ), длина дуги при этом сильно увеличивается, дуга растягивается. Это увеличивает поверх
ность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу. Кроме того, часть тепла отбирается у дуги стенками щели дугогасительной камеры. В результате дуга быстро остывает и гаснет.
Из сказанного следует, что дуга, перемещаясь по поверхности контактов, не успе-
вает сильно нагреть их и на рабочую часть контактов почти не действует. Наиболее силь-
но обгорают верхние, нерабочие части контактов и съёмный дугогасительный рог. Этот рог по мере обгорания заменяют новым.
4.13. Гашение дуги в контакторах переменного тока
В контакторах переменного тока основным способом гашения дуги является приме
нение дугогасительных камер с деионной решеткой ( рис. 9.41 ). Корпус камеры изготов
лен из дугостойкого материала асбестоцемента, керамики и др. ( на рис. 9.41 корпус не показан ).
Рис. 9.41. Гашение дуги в камере с деионной решеткой: 1 подвижный контакт, 2 неподвижный контакт; 3 стальные пластины ( решетка ), f электродинамиче-
ские силы
Такая камера так же, как камера контактора постоянного тока, имеет узкую щель, в верхней части которой устанавливаются омедненные стальные пластины 3, не касающие
ся одна другой. Эти пластины как бы образуют решетку, отсюда название деионная ре-
шетка. Расстояние между пластинами не менее 2 мм.
Принцип действия такой камеры состоит в следующем.
Выдуваемая внутрь камеры дуга попадает на изолированные стальные пластины и разбивается на ряд коротких дуг. Каждая из них после этого движется самостоятельно одна быстрее, другая медленнее. При этом образуются П-образные контуры, в которых электродинамические силы f cтремятся сместить опережающие дуги вверх, а отстающие вниз. Дуга растягивается, что увеличивает поверхность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу.
Кроме объясненного электродинамического эффекта, в металлической решетке про
исходит электрофизический процесс - деионизация пламени дуги.
5. Реле тока и напряжения
5.1. Основные сведения
Реле тока и напряжения применяют в электрических цепях для контроля величины тока и напряжения. Реле тока рассмотрены ранее ( см. п 4. «Судовые распределительные устройства и коммутационно-защитная аппароатура», пп. 4.31 «Реле тока» )
Реле напряжения применяют в узлах защиты электроприводов постоянного и пере
менного тока по снижению напряжения ( см. ниже ).
5.2. Реле напряжения
Основные сведения
Реле напряжения представляют собой разновидность защитных реле. Они делятся на 2 вида:
1. реле минимального напряжения;
2. реле максимального напряжения.
Устройство и принцип действия реле напряжения
Устройство и принцип действия реле напряжения такой же, как и реле тока, за од-
ним исключением: на сердечнике размещена катушка напряжения, выполненная тонким проводом и имеющая большое число витков ( до нескольких тысяч ). Кроме того, эта ка-
тушка включается параллельно цепи, напряжение которой контролируется.
Реле минимального напряжения предназначены для отключения контролируемой
цепи при недопустимом снижении напряжения на ней ( провале напряжения ). Примене-
ние этих реле обязательно в схемах судовых и береговых электроприводов. Более подроб-
ные сведения о реле минимального напряжения приведены ниже в 1.3.2 «Защита по сниже
нию напряжения «.
Реле максимального напряжения отключают контролируемую цепь при недопусти-
мом повышении напряжения на ней ( заброс напряжения ). На практике забросы напряже-
ния случаются гораздо реже, чем провалы и имеют непродолжительный характер, т.е. не опасны для работы электроприводов.
Реле максимального напряжения применялись в электроприводах грузовых лебе-
док на постоянном токе на судах типа «Ленинский комсомол». На этих судах наблюдалось такое явление: при спуске груза одновременно несколькими лебедками двигатели лебедок переходили в режим рекуперативного торможения с возвратом энергии в сеть. При этом
генераторы судовой электростанции переходили в двигательный режим и отключались при помощи реле обратного тока. Судно обесточивалось.
Для того, чтобы избежать обесточиваний, параллельно якорям двигателей включа-
лись катушки реле напряжения. Как только при спуске груза напряжение на якоре уве-
личивалось до 235…240 В ( за счет увеличения противоэ.д.с обмотки якоря на больших скоростях ), реле напряжения срабатывало и отключало двигатель лебедки от сети.
6. Промежуточные реле
Основные сведения
Промежуточные реле применяются в системах управления электроприводами постоянного и переменного тока.
Они предназначены для выполнения следующих функций:
1. передача команд от низковольтных органов управления к аппаратуре основной цепи управления;
2. усиление сигналов команд и размножение командных импульсов.
3. связь между бесконтактными элементами судовой автоматики и выходными цепями систем управления электроприводами.
6.2. Промежуточное реле типа МКУ-48
В качестве примера рассмотрим реле типа МКУ-48, имеющее 2 пары переключаю-
щих контактов ( рис. 9.42 ).
Рис. 9.42. Промежуточное реле типа МКУ-48:
а устройство; б электрическая схема;
на верхнем рисунке: 1 отключающая пружина; 2 якорь; 3 контактные группы
( контакты ); 4 сердечник; 5 катушка;
на нижнем рисунке: 1, 2, 3, 4, 5, 6 номера выводов контактов; 7, 8 номера выво-
дов катушки
В исходном состоянии напряжение на катушке 5 реле отсутствует, якорь 2 оттяги-
вается от сердечника4 пружиной 1 ( рис. 9.42, а ). Замкнуты пары контактов 1-2 и 4-5.
При подаче напряжения на катушку реле якорь притягивается, подвижные контак-
ты 1 и 4 переключаются, образуя новые цепи: 1-3 и 4-6.
Мощность, потребляемая катушкой, около 3 Вт на постоянном токе и 5 В*А на переменном. Напряжение катушки 12, 24, 48, 60, 110 и 220 В постоянного тока и 24, 110, 127, 220 и 380 в на переменном. Габариты реле 64,5х25 мм, масса 360 г, зачехленного
600 г.
7.1. Основные сведения
Реле времени предназначены для создания выдержки времени при коммутации слаботочных цепей управления, сигнализации и контроля.
В зависимости от принципа действия, различают пять типов реле времени:
В электродвигательных реле выдержка времени создается за счет замедления, получаемого в редукторе синхронного двигателя и реле .
Реле позволяет устанавливать различную выдержку времени в шести или трех независимых цепях. Диапазон уставок выдержки времени зависит от исполнения реле и может быть от 2 сек до 24 ч.
Недостатком реле является наличие большого числа движущихся частей, что умень
шает надежность и увеличивает трудозатраты на обслуживание.
Основным элементом электромеханических реле времени является механический замедлитель часовой или маятниковый механизм.
Электромеханическое реле времени с анкерным ( часовым) механизмом показано
на рис. 9.43.
Рис. 9.43. Электромеханическое реле времени с анкерным ( часовым) механизмом : 1 груз; 2 ось; 3 шестерня; 4 зубчатая рейка; 5 винт; 6 пружина; 7
- рычаг; 8 цилиндрический сердечник ; 9 контакты; 10 храповое колесо
Реле работает так.
При подаче напряжения на катушку электромагнита соленоидного типа сердечник 8 втягивается и через рычаг 7 стремится переместить рейку с косыми зубьями 4 по часо-
вой стрелке в направлении контактов 9. При этом пружина 6 сжимается.
Рейка 4 своими зубьями зацеплена с храповым колесом 10, кторое через систему зубчатых колес 3 удерживается от быстрого перемещения анкерным механизмом 2.
Скорость вращения шестерни 3 определяется частотой колебаний маятника 1, подвешенного к оси 2: за одно колебание маятника шестерня поворачивается на один зуб.
Частота колебаний маятника зависит от положения груза 1: чем выше груз, тем меньше длина маятника и тем больше частота его колебаний. Таким образом, при поднятии груза 1 время прохождения рейки 4 до замыканеия контактов сокращается, а при опускании - увеличивается.
При снятии напряжения с обмотки электромагнита рейка 4 под действием пружины 6 возвращается в исходное положение. Этот процесс происходит без замедления, так как косые зубья рейки и храпового колеса этому не препятствуют.
Таким образом, в реле времени с анкерным механизмом замедление происходит только при срабатывании.
Уставку времени этого реле изменяют перемещением груза 1 на маятнике и винтом 5, который определяет величину хода рейки 4.
Диапазон уставок выдержки времени зависит от исполнения реле и может быть от 0,5 сек до 10 сек.
В зависимости от типа реле, его катушка может включаться в сеть как постоянного, так и переменного тока.
7.4. Электромагнитные реле времени
Следует сразу же отметить два отличия электромагнитных реле от электродвига-
тельных и электромеханических, рассмотренных выше:
Напомним, что катушки электродвигательных и электромеханических могли пи-
таться как постоянным, так и переменным током, а выдержка времени начиналась с момен
та подачи питания на катушку.
Электромагнитные реле применяют в схемах на переменном токе, но в этом случае
катушку реле включают в сеть через выпрямительный мостик.
Рис. 9.44. Электромагнитное реле времени: а ) устройство реле; б ) влияние демпфера на время отпускания реле; 1 - катушка; 2 сердечник; 3 гильза;
4 возвратная пружина ; 5 регулировочная гайка; 6 якорь; 7 - прокладка
немагнитная
Электромагнитное замедление основано на применении демпфера элемента, за-
медляющего электромагнитные процессы. В качестве такого демпфера используют мед-
ную или алюминиевую гильзу 3 ( кольцо ), надетую на стержень магнитопровода 2
( рис. 9.44, а ) или непосредственно на катушку реле. На рис. 9.44, а якорь реле 6 показан в притянутом состоянии.
Выдержка времени в этом реле начинается с момента отключения катушки реле от питающей сети. При отключении катушки 1 её уменьшающийся магнитный поток Ф ин-
дуктирует в гильзе ( демпфере ) ЭДС взаимоиндукции ( как во вторичной обмотке транс
форматора, если считать катушку реле первичной обмоткой ).
Согласно правилу Ленца, ток в гильзе от этой ЭДС имеет такое направление, что создаваеиый им магнитный поток гильзы направлен согласно с убывающим магнитным потоком Ф. Это замедляет убывание потока в магнитопроводе реле так, что он достигнет
величины, при которой реле отпускает якорь за время большее, чем при отсутствии демп-
фера.
Это иллюстируется графиками убывания магнитного потока ( рис. 9.44, б ) при от-
сутствии демпфера ( график 1 ) и при наличии демпфера ( график 2 ). Сравнивая эти графики, видим, что время отпускания якоря реле с демпфером tбольше времени отпускания этого реле без демпфера t.
Время отпускания реле ( рис. 9.44, а ) можно регулировать, изменяя толщину ла-
тунной ( немагнитной ) прокладки 7 на якоре 6: с уменьшением толщины прокладки время
tувеличивается. Это объясняется тем, что с уменьшением немагнитного зазора δ
( толщина прокладки ) магнитное сопротивление потоку понижается и величина его возра
стает. Поэтому время на его уменьшение до значения Ф, при котором происходит от-
пускание якоря, увеличивается.
Еще одним средством регулирования t является изменение натяжения возврат
ной пружины 4 посредством гайки 5: чем меньше натяжение пружины, тем больше t
( рис. 9.44, график 3 ).
Электромагнитные реле постоянного тока типа РЭВ 810 имеют замедление от 0,25 до 3,8 с.
7.5. Электронные реле времени
Электронные реле используют свойство конденсатора медленно заряжаться или разряжаться через резистор.
Эти реле имеют 2 основных узла:
В качестве примера рассмотрим принципиальную схему конденсаторного реле.
Рис. 9.45. Принципиальная схема конденсаторного реле времени
В состав реле входят источник питания GB, транзисторы VT1 и VT2, реле напряже
ния KV, выключатель питания SA1 и управляющий контакт SA2.
В исходном состоянии контакты SA1 и SA2 замкнуты. Конденсатор С заряжен от источника питания с полярностью, обозначенной на схеме. Транзистор VT1 открыт, по-
скольку по цепи «+GB» R2 SA2 SA1 « - GB»протекает ток базы этого транзистора.
Через резистор R2, эмиттер-коллектор открытого VT1, резистор R1 и выключатель SA1 протекает ток, создающий на R2 небольшое падение напряжения. Это напряжение является входным для транзистора VT2, но недостаточно для того, чтобы открыть его. Поэтому ток через катушку реле KV не протекает.
Если управляющий контакт разомкнуть, то основная цепь базового тока VT1 через контакт SA1 нарушится. Однако появится новая цепь базового тока VT1:
«+С» - R2 эмиттер-база VT1 « -С», обусловленная разрядом конденсатора С.
Когда конденсатор разрядится, транзистор VT1 закроется, а VT2 откроется.
Реле KV включится, а его контакты переключатся: левый замкнётся, а правый разомкнётся.
Таким образом, выдержка времени этого электронного реле равна промежутку вре-
мени от момента размыкания контакта SA2 до момента переключения контактор реле KV. На практике эта выдержка равна 3…5 с.
7.6. Пневматические реле времени
Устройство пневматического реле времени показано на рис. 9.46.
Рис. 9.46. Пневматическое реле времени:
1- сердечник электромагнита; 2 катушка электромагнита; 3 рычаг электромагни
та; 4 мембрана; 5 регулировочный винт; 6 калибровочное дроссельное отвер
стие; 7 обратный клапан; 8 камера воздушная; 9 пружина; 10 шток; 11 возвратная пружина; 12 - контакты
Основным элементом реле является замедлитель в виде воздушной камеры 8, разде
ленной на верхнюю и нижнюю части эластичной мембраной 4.
При подаче напряжения на катушку 2 якорь электромагнита ( виде буквы «Т» ) опу
скается вниз и втягивается в сердечник 1. При этом вместе с якорем опускается шток 10 -под действием силы собственного веса и пружины 9.
Но это процесс происходит медленно, по мере заполнения верхней части воздуш-
ной камеры 8 наружным воздухом через калибровочное дроссельное отверстие 6.
Когда шток 10 опустится на якорь электромагнита ( в виде буквы «Т» ), он своим рычагом 3 надавит на верхний подвижный контакт 12, который замкнется с нижним кон-
тактом.
Таким образом происходит замедление при срабатывании реле ( при подаче пита-
ния на катушку электромагнита ).
При снятии питания с катушки электромагнита якорь ( в виде буквы «Т» ) вместе со штоком 10 под действием возвратной пружины 11 поднимется, т.е. вернется в исходное положение. Этот процесс проходит быстро, благодаря открытию обратного клапана 7, так
что воздух из камеры 8 будет выходить не только через отверстие 6, но и через отверстие
обратного клапана 7.
Уставка времени срабатывания реле выполняется посредством винта 5, путем изме-
нения размера дроссельного отверстия 6: чем меньше отверстие, тем больше время сраба-
тывания.
Промышленность выпускает пневматические реле типа РВП ( Р реле, В - време-
ни, П - пневматическое ) с замедлением до 180 с.
7.7. Графическое изображение контактов реле времени
При графическом изображении контактов реле времени основное изображение контактов, принятое для контакторов и реле, дополняется полусферой в виде “парашюта”, расположение которой позволяет определить тип контакта.
При этом используется мнемоническое “правило парашюта” : если при перемеще-
ние контакта купол “парашюта” наполняется “воздухом”, контакт переключается с задерж
кой по времени.
Различают 6 типов контактов реле времени ( рис. 9.47 ):
Рис. 9.47. Графическое изображение контактов реле времени
В качестве примера рассмотрим контакт на рис. 9.47-1.
В исходном состоянии реле отключено и контакт разомкнут. При включении реле
контакт станет перемещаться сверху вниз, при этом “купол” будет “наполняться возду-
хом”, потому контакт замкнётся не сразу, а с выдержкой времени.
Если отключить реле, контакт с “куполом”станет перемещаться снизу вверх, при
этом наружная, выпуклая часть “купола” свободно обтекается “воздухом”, поэтому выдер
жки времени при перемещении контакта нет. Значит, этот контакт размыкается без выдер
жки времени.
На рис.9.47-2 в исходном состоянии реле отключено, контакт реле разомкнут. При включении реле контакт станет перемещаться сверху вниз, при этом “купол” будет обте-
каться “воздухом”, потому контакт замкнётся без выдержки времени.
Если отключить реле, контакт с “куполом”станет перемещаться снизу вверх, при
этом внутренняя , выпуклая часть “купола” станет наполняться “воздухом”, поэтому кон-
такт разомкнется не сразу, а с выдержкой времени.
Рассуждая аналогично и применяя “правило парашюта”, легко разобраться в прин-
ципе работы остальных четырех контактов.
8. Реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами
( герконы )
Основные сведения
Слово «геркон» образовано первыми частями слов «герметизированный» и «кон-
такт». По сравнению с обычными электромагнитными реле, герконы имеют повышенные быстродействие и надежность, что становиттся понятным при изучении устройства и принципа действия герконов ( рис. 9.48 ).
Герконовые реле
Устройство простейших герконовых реле показано на рис. 9.48.
Рис. 9.48. Герконовые реле: а ) управляемое током в катушке; б ) управляемое постоянным магнитом; 1 контакты; 2 - колба
Герконовое реле состоит из герметичной стеклянной колбы 2, в которую запаяны два контакта 1. Сами контакты выполнены в виде плоских пружинящих пластин ( полос ) из сплава пермаллой, обладающего высокой магнитной проницаемостью.
Если геркон поместить внутрь катушки с током ( рис. 9.48, а ) или вблизи постоян
ного магнита ( рис. 9.48, б ), то внешний магнитный поток катушки или магнита, проходя через контакты 1, намагничивает их. При этом происходит смыкание ( замыкание ) кон
тактов.
При отключении катущки или удалении постоянного магнита контакты геркона, блпгодаря своей упругости, разомкнутся.
Рис. 9.49: а ) многоконтактное герконовое реле; б ) применение герконов в тепло
вых реле
Если внутрь катушки поместить несколько герконов, то получится многоконтакт-
ное герконовое реле ( рис. 9.49, а ).
Герконы применяют в тепловых реле ( рис. 9.49, б ). В этом случае постоянный маг
нит помещают на биметаллической пластине, которая при нагревании изгибается в сторо-
ну геркона, и его контакты замыкаются
Помимо герконовых реле с замыкающими контактами существуют герконовые ре-
ле с размыкающими контактами. Такое реле кроме катушки включает в себя постоянный магнит.
Пока на катушку реле не подано напряжение, контакты геркона под действием магнитного поля постоянного магнита замкнуты. При подаче напряжения на катушку магнитное поле катушки действует навстречу магнитному полю постоянного магнита, резко ослабляя его. Поэтому контакты реле под действием сил упругости размыкаются.
Особенности герконов:
сек);
т.е. не загрязняются и не окисляются );
тов происходит внутри герметично запаянного стеклянного баллона );
4. малая коммутационная и перегрузочная способность и низкая электрическая прочность межконтактного промежутка.
Герконы применяются в системах управления, контроля и сигнализации, например, в электроприводах в качестве выходного элемента логических устройств, включающего или отключающего электродвигатель ( вместо более сложного тиристорного усилителя ).
Кроме того, герконы применяются в системах защиты от несанкционированного проникновения в жилые и служебные помещения ( от воришек ).
Их можно применять в путевых выключателях. В этом случае на контролируемом объекте помещают постоянный магнит, при приближении которого к геркону контакты реле переключаются.
На судах герконы нашли ограниченное применение.
Электротепловыми называют реле, работа которых основана на тепловом дейст-
вии электрического тока.
В соответствии с законом Джоуля-Ленца: количество тепла, выделяемого в провод
нике, прямо пропорционально квадрату тока I, сопротивлению проводника R и времени t протекания тока через проводник ( Q = IRt ).
При коротком замыкании в нагревателе теплового реле сразу выделяется большое количество тепла, но биметаллическая пластина не может равномерно прогреться по все
му объему ( явление тепловой инерции ).
Поэтому срабатывание тепловых реле происходит не мгновенно, а через время, составляющее 4…20 мин от момента начала перегрузки.
Иначе говоря, тепловые реле имеют тепловую инерцию, поэтому их нельзя приме-
нять для защиты цепей от токов короткого замыкания.
Защита при коротком замыкании защита должна срабатывать мгновенно ( предо-
хранители, автоматические выключатели, реле максимального тока мгновенного дейст-
вия ).
Различают два типа электротепловых реле;
1. токовые;
2. температурные.
У этих реле чувствительным к теплу элементом является биметаллическая пласти-
на ( рис. 9.50 ).
Рис. 9.50. Биметаллическая пластинка
Биметаллическая пластина состоит из двух слоев металлов с разными коэффициен-
тами линейного расширения α и α. Слои металла соединяются либо сваркой, либо про-
каткой в горячем состоянии. При нагревании пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Изгиб пластины используется для воз-
действия на контакты реле.
При производстве биметаллических пластин применяют материалы с низким коэф-
фициентом линейного расширения, например, железониеклевый сплав инвар, и с высоким коэффициентом хромоникелевые, молибденоникелевые и немагнитные стали.
Устройство и принцип действия теплового реле
В упрощенном виде электротепловое реле изображено на рис. 9.51, а, б.
Рис. 9.51. Электротепловое реле:
а при нормальном токе; б при токе, превышающем нормальный; в время-токовая характеристика реле;
1 биметаллическая пластина; 2 нагреватель; 3 защелка; 4 пружина; 5 толка
тель; 6 подвижный контакт; 7 теплоизоляционная камера
Как следует из рис. 9.51, а биметаллическая пластина 1 заключена вместе с нагре-
вателем 2 в теплоизоляционную камеру 7. Эта камера позволяет свести к минимуму передачутепла от нагревателя к остальным деталям реле.
Верхний конец пластины прикреплен к неподвижной Г-образной скобе из изоляци-
онного материала, нижний же конец упирается в горизонтальное плечо двухплечей защел-
ки 3. Снизу это плечо подпружинено пружиной 4.
На вертикальном плече защелки закреплен подвижный контакт 6, который при нор-
мальном токе ( рис. 9.51, а ) электрически соединен с неподвижным, и через эти два кон
такта протекает ток I.
При перегрузке количество тепла нагревателе увеличивается, биметаллическая пластина изгибается, ее нижний конец переместится вправо ( рис. 9.51, б ) и освободит защелку 3. Последняя под действием пружины 4 повернется и разомкнет контакты реле.
На практике это приводит к отключению двигателя. Поскольку при неработающем двигателе ток через нагреватель не протекает, биметаллическая пластина остывает. Но войти в зацепление с защелкой пластина сама не сможет ( реле без самовозврата ).
Для возврата защелки в исходное положение нужно нажать пальцем на кнопку тол-
кателя 5.
Основной характеристикой теплового реле является время-токовая ( рис. 9.51, в ).
По горизонтальной оси отложена кратность контролируемого тока ( по отношению к номинальному ), по вертикальной время срабатывания теплового реле.
Тепловые реле выбираются по условию: номинальный ток выбранного реле должен равняться номинальному току двигателя или любого иного потребителя.
В этом случае кратность тока нагрузки I/ I = 1, и как следует из рис. 9.51, в, характеристика реле не пересекается с пунктирной вертикальной линией, для которой
I/ I = 1. Это означает, что время срабатывания реле t = ∞, иначе говоря, если через реле протекает его номинальный ток, реле не сработает.
Если ток нагрузки станет больше номинального, реле сработает. При этом время срабатывания реле обратно пропорционально квадрату тока.
Такая зависимость объясняется тем, что тепловое реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного в нагревателе тепла:
Q = IR t = const,
где: I ток нагрузки;
R cопротивление нагревателя;
t время протекания тока через нагреватель.
Отсюда следует
t = Q / IR
Приняв Q = const ( т.к. реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного тепла ) и R = const ( примем сопротивление нагревателя не зависящим от температуры ), получим :
t ≡ 1 / I,
т.е. время срабатывания теплового реле обратно пропорционально квадрату тока ( а не току в первой степени ).
Как следует из рис. 56, в, если ток нагрузки в 2 раза больше номинального , т.е.
I/ I = 2, время срабатывания реле составит t, если в 4 раза больше, т.е. I/ I =
= 4 время срабатывания t.
Тепловые реле встраивают в магнитные пускатели, станции управления и др., т.е.
реле находится в одном месте, а потребитель электроэнергии, например, электродвигатель
- в другом.
Это означает, что электротепловые эти реле контролируют нагрев косвенно - через ток приемника электроэнергии, а не непосредственно, через температуру приемника.
Поэтому при работе в северных широтах холодное реле, имеющее температуру окружающей среды, при возникновении перегрузки двигателя может не успеть сработать, и двигатель сгорит.
В то же время в тропиках нагретое воздухом реле будет срабатывать даже тогда, когда перегрузки двигателя нет. Нормальная работа электропривода станет невозможной
из-за постоянных отключений электродвигателя.
Развитие полупроводниковой техники позволило создать температурные реле, кото
рые реагируют непосредственно на нагрев приемника электроэнергии.
9.3. Температурные тепловые реле
У этих реле чувствительным к теплу элементом является полупроводниковый прибор терморезистор.
Терморезистор прибор, сопротивление которого зависит от температуры прибора.
Терморезисторы встраивают в лобовые части обмотки статора двигателя. Это означает, что в любой терморезистор имеет такую же температуру, что и обмотка статора.
В температурных тепловых реле применяют два типа терморезисторов позисторы и термисторы. Позисторы имеют положительный температурный коэффициент сопротив-
ления, а термисторы отрицательный.
Это означает, что при нагреве сопротивление позисторов увеличивается ( рис. 9.52, а, график 1 ), а термисторов уменьшается ( рис. 9.52, а, график 2 ).
Поскольку терморезисторы не имеют контактов, их применяют в сочетании с обыч-
ными электромагнитными реле KV ( рис. 9.52, б ).
Рис. 9.52: а - зависимость сопротивлений терморезисторов R от температуры Tº
( 1 для позистров, 2 для термисторов ); б принципиальная схема температур-
ной защиты электродвигателя; в схема включения контактора КМ при использо-
вании термистора; г то же, при использовании позистора
Реле питается от судовой сети через понижающий трансформатор TV и выпрями-
тельный мостик UZ. Последовательно с катушкой реле включены три терморезистора RK.
Контакты реле KV включены в цепь катушки линейного контактора двигателя КМ.
Схема на рис. 9.52, в применяется для позисторов и работает так: при нормальной температуре обмотки двигателя сопротивление позисторов мало, поэтому ток в катушке реле KV достаточен для включения реле. Реле замыкает свой контакт KV1 и поэтому линейный контактор включен, двигатель работает.
При повышении температуры обмотки сопротивление позисторов увеличивается, ток в катушке реле KV уменьшается. Якорь реле отпадает, контакт KV1 размыкается, катушка КМ обесточивается, а двигатель отключается от сети.
Схема на рис. 9.52, г применяется для термисторов. При нормальной температуре обмотки двигателя сопротивление термисторов велико, поэтому ток в катушке реле KV мал и недостаточен, чтобы якорь реле притянулся к сердечнику. Поэтому контакт KV3 замкнут, через катушку КМ протекает ток. Контактор включен, двигатель работает.
При повышении температуры обмотки сопротивление термисторов уменьшается, ток в катушке реле KV увеличивается. Реле включается и размыкает свой контакт KV2.
Катушка КМ обесточивается, а двигатель отключается от сети.
9.4. Промышленные типы токовых электротепловых реле
Промышленность выпускает токовые электротепловых реле в виде серии ТРТ
( Т тепловые, Р реле, Т - типизированного ряда ).
Рассмотрим устройство реле серии ТРТ ( рис. 9.53 ).
Рис. 9.53. Тепловое реле серии ТРТ: 1 корпус; 2 механизм уставки по току; 3 кнопка ручного возврата реле; 4 ось изоляционной колодки; 5 мостиковый контакт; 6 неподвижные контакты ( 2 шт. ); 7 - колодка изоляционная; 8 цилиндрическая пружина; 9 - биметаллическая пластина; 10 ось биметаллической пластины
Реле имеет пластмассовый корпус 1, в котором смонтированы все детали. Биметал-
лическая пластина 9 имеет U- образную форму и укреплена на оси 10. Эта пластина состоит из двух параллельных металлических полосок из разнородных материалов, между которыми запрессован нагреватель из нихромовой проволоки.
На правый конец пластины опирается цилиндрическая пружина 8. Другой конец пружины опирается на пластмассовую треугольную уравновешенную колодку 7, на кото-
рой размещен подвижный контакт 6. Выше контакта 6 расположены два неподвижных контакта 5. Колодка 7 может поворачиваться вокруг оси 4.
Левый конец биметаллической пластины соединен с механизмом уставки 2, позво-
ляющим регулировать ток уставки реле путем изменения первоначальной деформации пла
стины.
Нагревательный элемент реле включается в рассечку линейного провода, поэтому
ток нагрузки I протекает через нагреватель, а ток управления I- через контакты теплово-
го реле . В качестве тока управления может быть ток катушки линейного контактора асинхронного двигателя.
При токах перегрузки, равных или больших токов уставки, верхняя часть U-образ-
ной пластины смещается вправо и поворачивает изоляционную колодку, которая скачко-
образно поворачивается против часовой стрелки вокруг оси 4. В результате подвижный и неподвижные контакты размыкаются, двигатель отключается от сети.
Данный тип реле имеет самовозврат, т.е. после остывания биметаллическая пласти-
на возвращается в исходное состояние. Время самовозврата - не более 180 с. При необхо-
димости ускорить возврат реле в исходное состояние можно нажать кнопку 3 самовозвра-
та, но не ранее чем через 60 с после срабатывания реле.
Уставку тепловых реле серии ТРТ изменяют при помощи механизма уставки. При перемещении рукоятки 3 механизма по часовой стрелке ( рис. 9.53 ) левый край U-образ-
ной пластины перемещается влево, и наоборот. Тем самым регулируют номинальный ток реле в пределах ± 15% номинального тока, в 3 ступени по ± 5% каждая.
Значение номинального тока и другие данные реле указаны на медной бирке на кор
пусе реле.
10. Реле контроля неэлектрических величин
10.1. Основные сведения
Реле контроля неэлектрических величин или, иначе, механические реле предназна-
чены для контроля неэлектрических величин: давления, уровня, частоты вращения, изме-
нения направления вращения и т.п.
Реле контроля неэлектрических величин называются датчиками.
В настоящее время на смену механическим реле пришли электронные. Тем не ме-
нее на многих судах мирового флота механические реле по-прежнему применяются.
10.2. Реле давления
Реле давления предназначены для работы в сосудах, не сообщающихся с атмосфе- и реагируют на изменение давления рабочего тела ( воздуха, воды, масла и т.п. ) в систе-
ме.
Устройство реле давления показано на рис. 9.54.
Рис. 9.54. Реле давления: 1 мембрана; 2 поршни; 3 подушки; 4 регулировоч-
ные пружины; 5 регулировочные гайки; 6 рычаги контактной системы; 7 опоры контактной системы; 8, 13 подвижные контакты; 9, 10, 11, 12 неподвижные контакты
На рис. 9.54 изображено сдвоенное реле давления, состоящее из двух одинаковых частей реле минимального давления ( слева ) и реле максимального давления ( справа ). Давление рабочего тела ( воды, воздуха, масла ) через резиновую мембрану 1 пере
дается на поршни 2, которые упираются своими колонками в подушки 3. На подушки на
жимают пружины 4, надетые на вертикальные стержни. В верхней части стержней нареза
на резьба и надеты регулировочные гайки 5.
С подушками связаны рычаги контактной системы. Один конец рычага ( правый
для левого реле ) лежит на опоре 7, второй ( левый ) через толкатель воздействует на под-
вижный контакт 8 микропереключателя ( микропереключатель это выключатель с очень малым ходом подвижных частей ).
При изменении давления, например, увеличении, оба поршня с подушками переме-
щаются вверх, вследствие чего рычаги 6 контактной системы станут поворачиваться на
левом реле по часовой стрелке, на правом против. В результате подвижный контакт 8
будет оставаться замкнутым с контактом 9, а подвижный контакт 13 разомкнется с непод-
вижным 11. Поскольку пара контактов 13 11 находится в цепи катушки линейного кон
тактора двигателя, последний отключится и остановится.
При понижении давления происходит обратный процесс. При снижении давления до минимального контакт 8 замыкается с контактом 10, в результате чего двигатель вклю-
чается.
Из сказанного следует, что правое реле это реле максимального давления, левое минимального. Это же подтверждает положение регулировочных гаек 5 левая гайка находится вверху стержня, поэтому левая регулировочная пружина сжата слабо. В то же
время правая гайка опущена ниже левой, т.е. сильней зажата. Поэтому правая регулировоч
ная пружина зажата сильней, чем левая.
Поэтому переключение контактов 8 и 9 будет происходить в диапазоне малых дав-
лений, а контактов 13 и 11 в зоне больших.
Следует отметить, что мембрана 1 выполняет две функции:
корпуса реле.
Промышленные типы реле давления
Промышленность выпускает разные типы реле давления. На судах широко приме
няются сдвоенные реле давления типа РДК-57 ( Р реле, Д давления, К корабельное ).
При помощи этого реле на судах контролируют давление воздуха, воды и масла.
Рис. 9.55. Реле давления типа РДК-57:
1 корпус реле; 2 поршень; 3 регулировочные гайки; 4 кожух; 5 - регулиро
вочные пружины; 6 микропереключатель; 7 стержень; 8 подушка; 9 мембрана
В корпусе реле размещены два одинаковых реле максимального и минимального давления ).
Устройство реле показано на рис. 9.55.
В корпусе 1, закрытом кожухом 4, находятся две мембраны 9 ( на рис. 9.55 видна одна ). К ним снизу подведена трубка, соединенная с сосудом, в котором давление может изменяться.
Сверху к мембранам прилегают два поршня 2, упирающиеся своими колонками в подушки 9. На подушки нажимают две пружины 5, надетые на стержни 1. Сжатие пружин регулируется гайками 3.
При увеличении давления в системе оба поршня приподымаются вверх, вследствие чего контакты микропереключателя 6 максимального давления размыкаются, отключая насос или компрессор.
При снижении давления оба поршня опускаются вниз, вследствие чего контакты
микропереключателя минимального давления замыкаются, включая насос или компрес-
сор.
Следует отметить, что замыкание и размыкание контактов одного и того же микро-
переключателя происходит при разных значениях давления. Так, на одном из судов были
получены такие результаты:
1. реле минимального давления замыкало контакты при Р = 2кг*с / см и размыка-
ло при давлении Р = 2, 5 кг*с / см( разница 0,5 кг*с / см);
2. реле максимального давления размыкало контакты при Р = 4 кг*с / см и замы-
кало при давлении Р = 3,6 кг*с / см( разница 0,4 кг*с / см);
.
Недостаток данного реле состоит в том, что реле не имеет шкал с делениями для регулирования минимального и максимального давления. Для регулирования приходится использовать контрольный манометр со шкалой.
10.3. Реле скорости
Реле скорости (частоты вращения ) предназначено для контроля частоты вращения. На судах отечественной постройки такие реле применяют в системах дистанционного пуска вспомогательных и аварийного дизель-генераторов.
В зависимости от принцип действия, различают три типа реле скорости:
1. центробежное;
2. индукционное;
3. электронное.
Ниже рассматриваются первые два типа этих реле. Модификаций электронных
реле скорости довольно много, их схемы достаточно сложны и должны изучаться на конкретном судне.
Рис. 9.56. Центробежное реле скорости: 1 вал, 2,3 втулки; 4, 5, 6, 7 рыча
ги; 8 - пружина; 9 рычаг; 10- ось рычага; 11, 12 подвижные контакты, 13, 14, 15, 16 неподвижные контакты
Принцип действия реле скорости основан на применении центробежных сил F, стремящихся отбросить вращающиеся массы в направлении от оси вращения к периферии
( наружу ). Поэтому данное реле называется центробежным.
На вращающемся валу 1 находятся муфты 2 и 3. Муфта 2 посажена на вал свобод-
но, муфта 3 жестко закреплена на валу при помощи гайки ( справа ).
К муфтам 2 и 3 шарнирно присоединены рычаги 4, 5, 6 и 7, образующие параллело-
грам. В местах соединения рычагов 4-5 и 6-7 находятся грузики массой m= m. На валу между втулками находится пружина 8.
В положении, показанном на рис.61, вал вращается с определенной скоростью, при которой Г-образный рычаг 9 воздействует на подвижные контакты 11 и 12 с силой F. При этом контакт 11 замыкает через себя неподвижные контакты 13 и 14. Контакты 15, 16 разомкнуты.
При увеличении скорости вала центробежные усилия F, действующие на грузики, возрастают, в результате форма параллелограма становится вытянутой. При этом подвиж-
ная муфта 2, сжимая пружину 8, перемещается вдоль вала вправо. Рычаг 9 поворачивается вокруг оси 10. При этом подвижный контакт 11 размыкает контакты 13 и 14, а контакт 12 соединяет контакты 15 и 16.
Индукционное реле
Индукционное реле ( рис.9.57 ) предназначено для контроля скорости и направле-
ния вращения вала. Такие реле применяются как в схемах автоматического управления дизелями и турбинами, так и ( реже ) в схемах торможения противовключением асинхрон-
ных короткозамкнутых двигателей.
Рис. 9.57. Реле скорости и направления вращения: 1 постоянный магнит; 2 обмотка ротора; 3 ротор; 4 пружины; 5 контактная система
Основной элемент реле постоянный магнит с полюсами С и Ю, сидящий на валу.
Этот магнит помещен внутрь полого ротора 3 с короткозамкнутой обмоткой 2. Ротор свя-
зан с рычагом, управляющим подпружиненными подвижными контактами.
При вращении постоянного магнита к короткозамкнутой обмотке индуктируется э.д.с., под действием которой в обмотке возникает ток ротора. Взаимодействие этого тока и вращающегося магнитного потока полюсов С и Ю приводит к образованию электромаг-
нитного момента ротора. Ротор поворачивается и передает через рычаг усилие на контак-
ты 5, которые при достижении валом определенной скорости переключаются.
При изменении направления вращения вала ротор повернется в другую сторону, в результате контакты 5 переключатся в ином порядке.
Данное реле называют индукционным, т.к. принцип действия реле основан на ис-
пользования явления электромагнитной индукции ( если перемещать магнитное поле отно
сительно проводника, в последнем индуктируется э.д.с. либо, наоборот, если перемещать проводник в магнитном поле, в проводнике наводится э.д.с. ).
10.4. Реле уровня
Реле уровня предназначены для контроля уровня жидкости в ёмкостях, соединён-
ных с атмосферой.
Различают 3 вида реле уровня:
1. поплавковые;
2. индукционные;
3. конденсаторные ( с элементами электроники ).
Ниже рассматривается поплавковое реле уровня типа РП 52.
Рис. 9.58. Поплавковое реле уровня: 1 поплавок; 2 рычаг; 3 крышка цистерны;
4 подшипник; 5 тяга; 6 контактное устройство
Это реле предназначено для дистанционного автоматического включения ( отклю-
чения ) насосов цистерн пресной или забортной воды при понижении уровня насос вклю
чается, при повышении отключается.
Чувствительным ( к уровню воды ) элементом реле является пустотелый поплавок 1, закреплённый на конце рычага 2. Второй конец рычага соединен с пальцем, который может поворачиваться в подшипнике 4.
Подшипник смонтирован на основании, закрепленном на крышке цистерны 3, сквозь прорезь в которой пропущен рычаг. С пальцем рычага при помощи тяги 5 соединён валик контактного устройства 6, состоящего из двух микропереключателей.
При изменении уровня жидкости поплавок перемещается вверх или вниз, что в крайних положениях вызывает переключение контактов соответствующего микропереклю
чателя.
Недостатком реле этого типа является возможность ложного срабатывания при кач-
ке судна. Чтобы избежать таких срабатываний, в схемах управления электроприводами насосов используют дополнительное реле времени, задерживающие на 6…8 с включение насоса при изменении уровня при качке.
11.1. Основные сведения
Тормозные устройства предназначены для механического затормаживания вала исполнительного механизма с целью точной остановки механизма и для его удержания в строго фиксированном положении.
На судах тормозные устройства применяют в электроприводах механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести, а именно в грузоподъемных и якорно-швартовных устройствах.
В зависимости от особенностей конструкции, различают три типа тормозных устройств:
Составная часть тормозных устройств тормозные электромагниты различаются:
стоянного и переменного тока ( одно- и трехфазного );
перемещением якоря до 120 мм ) и короткоходовые ( с горизонтальным перемещением якоря на 3…5 мм ).
Ленточное тормозное устройство показано на рис. 9.59.
Рис.9.59. Ленточное тормозное устройство:
1 катушка тормозного электромагнита; 2 якорь тормозного электромагнита; 3 стальная тормозная лента; 4 двухплечий поворотный рычаг; 5 груз; 6 тормозной шкив; 7 ось поворота рычага
Тормозная лента 3 охватывает тормозной шкив 6. Оба конца ленты 3 прикреплены к рычагу 4. На ленте с внутренней стороны, обращенной к тормозному шкиву, наклеены фрикционные ( тормозные ) накладки из материала с высоким коэффициентом трения
( ферродо ). Тормозной шкив посажен на вал двигателя.
В исходном состоянии ток в катушке 1 отсутствует, поэтому под действием груза 5 левое плечо рычага опущено, а правое приподнято. В таком состоянии лента 3 плотно охватывает тормозной шкив 6, вал двигателя заторможен.
При протекании тока через катушку электромагнита 1 якорь 2 втягивается внутрь катушки и поворачивает рычаг 4 вокруг оси 7 по часовой стрелке. Тормозная лента ослабе
вает и освобождает тормозной шкив двигатель растормаживается.
В процессе эксплуатации тормозные накладки стираются, поэтому тормозной мо-
мент постепенно уменьшается. Это может привести к тому, что вал двигателя перестанет затормаживаться. В этом случае, до замены накладок, можно вновь увеличить тормозной момент перемещением груза 5 влево.
На судах ленточные тормозные устройства нашли ограниченное применение, в основном, в электроприводах якорно-швартовных устройств.
грузоподъемных и якорно-швартовных устройств.
На судах иностранной постройки применяют однодисковые тормоза постоянного тока, на судах отечественной постройки многодисковые тормоза переменного тока. Принцип действия тормозов постоянного и переменного тока одинаков, хотя их электро-
магнитные системы различны.
Торможение происходит в результате трения вращающихся дисков с наклеенным фрикционным материалом о стальные диски - промежуточные и нажимной. Последние
надеты на штыри, укрепленные внутри корпуса тормоза, и поэтому могут перемещаться вдоль вала двигателя в обе стороны на несколько миллиметров.
Вращающиеся диски надевают на втулки, которые закреплены на валу двигателя. Втулки имеют шлицы, в которые входят зубья на ободе диска. Такой способ соединения
дисков и втулок позволяет быстро снять сработавшийся диск и заменить его новым.
Между корпусом и подвижным сердечником установлена главная тормозная пружи
на, которая в обесточенном тормозе прижимает подвижные тормозные диски к неподвиж
ным и тем самым обеспечивает торможение вала электродвигателя.
При подаче напряжения на катушку электромагнита его якорь притягивается к сер-
дечнику и сжимает пружину. При этом подвижные части тормоза отходят от неподвиж-
ных, вал электродвигателя освобождается.
В качестве примера рассмотрим устройство и принцип действия электромагнитно-
го дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3 ( рис. 9.60 ).
Рис. 9.60. Электромагнитный дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3:
1 подшипниковый щит двигателя; 2, 4 втулки; 3 вал двигателя; 5 тормозные диски
( 2 шт .); 6 штыри ( 4 шт. ); 7 фрикционные кольца ( накладки ); 8 промежуточные диски ( 2 шт. ); 9 нажимной диск; 10 регулировочные гайки; 11 кожух тормоза; 12
гайка; 13 главная пружина; 14 штырь; 15 ось эксцентриковой рукоятки; 16 - съемная эксцентриковая рукоятка; 17 упорное кольцо; 18 электромагнитные катушки тормоза;
19 неподвижный диск; 20 Ш-образное ярмо; 21 якорь; 22 коробка выводов; 23 ко-
роткозамкнутые витки
Тормоз выполняется в виде отдельного устройства, прикрепляемого к специально
приспособленному для этого подшипниковому щиту 1 асинхронного двигателя со сторо-
ны, противоположной приводному механизму.
На конец вала 3 двигателя напрессована втулка 2 со шлицами на наружной по-
верхности . На этой втулке по шлицам свободно перемещается втулка 4 с двумя тормоз-
ными дисками 5. С обеих сторон каждого диска приклеены фрикционные кольца 7 из материала с высоким удельным коэффициентом трения ( называется «ферродо» ).
В подшипниковый щит запрессованы четыре направляющих штыря 6, на которые
насажены два промежуточных стальных диска 8 и нажимной диск 9. Левый промежуточ-
ный диск 8 находится между торцом фланца двигателя и левым тормозным диском, а пра
вый - между тормозными дисками 5.
На нажимной диск 9 надавливает мощная пружина 13, которая плотно сжимает все диски и прижимает их к стенке подшипникового щита 1. Поэтому вал двигателя затормо-
жен.
На штырях 6 при помощи гаек 10 закреплен неподвижный диск 19. На нем смонти
рованы четыре электромагнита переменного тока , магнитная система которых состоит из Ш-образного ярма 20, якоря 21 и катушки 18. На крайних стержнях ярма находятся корот
козамкнутые витки 23, предотвращающие вибрацию якорей при протекании переменного тока через катушку. Якоря электромагнитов прикреплены к нажимному диску.
Однофазные катушки соединены попарно-последовательно и включены по схеме открытого треугольника. Такое включение позволяет получить максимальное тяговое уси-
лие. Питание к катушкам подводится через клеммную коробку 22.
Снаружи тормоз закрыт кожухом 11.
При протекании тока через катушки 18, якоря электромагнитов притягиваются к ним. Вместе с якорями перемещается вправо нажимной диск, сжимая при этом пружину.
Промежуточные и тормозные диски раздвигаются, и вал двигателя получает возможность свободно вращаться.
В соответствии с требованиями Правил Регистра, тормоз снабжен устройством для ручного растормаживания вала двигателя. Оно состоит из штыря 14, ввернутого в гайку 12, расположенную с внутренней стороны нажимного диска 9. На выходящем наружу конце штыря на оси 15 закреплена поворотная эксцентриковая рукоятка 16.
Для того, чтобы растормозить вал двигателя, рукоятку перемещают из нижнего в верхнее положение. При этом штырь с гайкой перемещаются вправо, заставляя переме-
ститься в том же направлении нажимной диск. Далее тормоз работает так же, как описано выше при протекании тока через катушки.
По мере эксплуатации тормозного устройства фрикционные кольца стираются, при этом увеличивается ход якоря и уменьшается втягивающее усилие электромагнитов.
Это приводит к нечеткой остановке груза ( проскальзывание после отключения тормоза ),
а в случае значительного стирания к тому, что растормаживание двигателя не произой-
дет.
Если ход якоря больше допустимого, регулируют тормоз таким образом:
верхнее положение;
яние, при котором ход диска будет находиться в пределах, указанных в паспорте тормозно
го устройства;
ние.
При сильных ударах, сопровождающих включение или отключение тормоза, следу
ет ослабить степень сжатия пружины 13 при помощи упорного кольца 17. Через это коль-
цо на резьбе проходит штырь 17. При вращении рукоятки 16 по часовой стрелке кольцо перемещается вправо, разжимая пружину. Положение неподвижного диска 19 при этом не изменяется, т.к. оно зафиксировано при помощи гаек 10. По этой причине не изменяется и ход якоря.
Дисковые тормозные устройства имеют от 2 до 5 тормозных дисков, ход дисков начальный 1…2,5 мм, максимальный ( в результате стирания на дисках тормозного мате
риала ) 2…5 мм.
В процессе ТО тормозов проверяют степень износа и чистоту фрикционных колец,
очищают от грязи внутреннюю часть тормоза при помощи ручного меха. Одновременно
подтягивают болтовые соединения, в трущиеся части добавляют смазку, заменяют диск с изношенными накладками, измеряют сопротивление изоляции ( не менее 1МОм ).
11.4. Колодочные тормозные устройства
Основные сведения
Тормозными элементами в колодочных тормозах являются стальной шкив и чугун
ные тормозные колодки с приклепанными к ним фрикционными накладками. Торможение возникает при прижимании тормозных колодок к шкиву с помощью тормозной пружины.
Привод растормаживания бывает двух видов:
Рассмотрим поочередно оба вида тормозов.
11.5. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом
Устройство колодочного тормоза с электромагнитным приводом показано на рис. 9.61.
Рис. 9.61. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом:
1 тормозной электромагнит; 2 пружина; 3 тормозной шкив; 4 рычаги; 5 тормозные колодки; 6 винт; 7 регулировочная гайка
Этот тормоз состоит из основания, на котором закреплены на осях два рычага 4. К средней части к рычагам прикреплены на осях чугунные тормозные колодки 5 с приклё-
панными к ним изнутри фрикционными накладками Эти колодки прижаты к поверхности стального тормозного шкива 3. Шкив 3 закреплен на шпонке на валу электродвигателя.
Рычаги 4 в верхней части имеют сквозные отверстия с прямоугольной резьбой, че-
рез которые проходит горизонтальный шток тормозного электромагнита в виде винта 6. Внутри отверстий нарезана резьба с разным шагом в одном отверстии с левым, в другом с правым.
На винт надета мощная цилиндрическая пружина 2, концы которой соединены с каждым рычагом при помощи двух полуосей.
В исходном состоянии ток в катушке электромагнита отсутствует и пружина сжата
с определенным усилием. Это усилие через рычаги передается на тормозные колодки, ко-
торые плотно прижимаются к поверхности тормозного шкива, вал двигателя заторможен.
При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь электромагнита втягива-
ется и заставляет винт 6 повернуться на несколько оборотов. При этом верхние концы ры-
чагов 4 раздвигаются ( т.к. отверстия в них имеют разную резьбу левую и правую ) и освобождают тормозные колодки 5. Пружина растягивается и усилие в ней возрастает. Тормозные колодки освобождаются, вал двигателя оттормаживается.
При снятии напряжения, винт под действием пружины поворачивается в обратном направлении, рычаги 4 возвращаются в исходное состояние и прижимают тормозные колодки к поверхности стального шкива.
Для регулирования тормозного момента служит гайка 7 на правом конце винта 6.
Колодочные тормозные устройства выпускаются с электромагнитами постоянного и переменного тока. В зависимости от типа устройства, диаметр тормозного шкива состав-
ляет d = 100…700 мм, максимальный ход тормозных колодок h = 3…4,5 мм, тормозной момент Mт = 11…8000 Н*м.
Область применения на судах: электроприводы грузоподъемных и якорно-швар-
товных устройств.
11.6. Колодочный тормоз с электрогидравлическим приводом
Этот тормоз содержит электрогидравлический толкатель, в котором перемещение исполнительного органа ( штока ) происходит под давлением масла.
В судовых электроприводах применяются электрогидравлические толкатели серии
ТГ ( рис. 9.62 ).
Рис. 9.62. Электрогидравлический толкатель:
1 асинхронный двигатель; 2 корпус толкателя; 3 поршень; 4 цилиндр; 5
- верхняя крышка; 6 промежуточная крышка; 7 шток; 8 каналы в корпусе толкателя; 9 центробежный насос; 10 клеммная колодка двигателя; 11 кабельная воронка
В нижней части толкателя находится асинхронный двигатель 1 с короткозамкну-
тым ротором, погруженный в трансформаторное масло. Выводы обмотки статора двигате-
ля подключены изнутри к клеммной колодке 10, а питание к ней подводится через кабель
ную воронку 11.
К верхнему фланца двигателя прикреплен толкатель 2, корпус которого заполнен-
ный маслом. В нижней части корпуса расположено колесо 9 центробежного насоса, закреп
ленное на валу двигателя.
В корпус толкателя встроен цилиндр 4, внутри которого находится поршень 3 со
штоком 7. Верхний конец штока имеет квадратную головку, при помощи которой шток связан с приводом колодочного тормоза ( привод показан на рис. 9.81 ).
Сверху цилиндр закрыт промежуточной крышкой 6, на которую опирается цилинд
рическая головка 5. Крышка 6 имеет отверстия, через которые цилиндр 4 сообщается с вертикальными боковыми каналами 8.
Цилиндр 4, каналы 8 и нижняя часть корпуса толкателя заполнены трансформатор-
ным маслом марки АМГ-10.
В исходном состоянии на шток 7 со стороны пружины колодочного тормоза дейст-
вует сила, направленная сверху вниз. Поэтому шток 7 и поршень 3 занимают положение, изображенное на рисунке.
При включении асинхронного двигателя центробежный насос 9 начинает вращать
ся и нагнетает масло под поршень 3. Поршень со штоком за счет избыточного давления перемещаются вверх. Масло, находящееся над поршнем, вытесняется через отверстия в крышке 6 в каналы 8 и далее засасывается под центробежное колесо насоса.
В результате поршень и шток поднимаются в крайнее верхнее положение и останав
ливается. Перемещение штока приводит к перемещению колодок тормоза и освобожде-
нию тормозного барабана.
В дальнейшем, при работе насоса давление масла на поршень не изменяется вслед-
ствие перепуска масла из верхней части цилиндра в нижнюю часть корпуса толкателя.
При отключении электродвигателя насос останавливается, а поршень со штоком опустятся вниз по действием пружин колодочного тормоза и собственного веса. При этом масло из полости над поршнем перетекает в полость под ним.
Рассмотренное устройство не позволяет регулировать время подъема и величину перемещения штока, что может понадобиться, например, вследствие стирания тормозных накладок на колодках. При необходимости такого регулирования толкатель дополняют дроссельным клапаном, ход и положение которого можно регулировать.
Электрогидравлические толкатели применяются в колодочных тормозах с электро-
гидравлическим толкателем ( рис. 9.63 ).
Рис. 9.63. Колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем:
1 тормозной шкив; 2 колодки; 3 рычаги; 4 шток толкателя; 5 пружина.
При включении электродвигателя насоса толкателя шток 4 перемещается вверх и поворачивает Г-образный рычаг. В результате этого пружина 5 сжимается и освобождает колодки, двигатель растормаживается.
Как следует из приведенного выше описания принципа действия толкателя ( рис.
9.80 ), растормаживание и затормаживание колодок происходит не сразу, а постепенно, что обеспечивает плавность движения колодок. Поэтому толкатели особенно часто приме
няют в механизмах поворота башни крана, чтобы избежать раскачки груза, которая неиз
бежно возникает при резком растормаживании или затормаживании башни.
4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ САЭП. СИСТЕМА ЕСКД. ТИПОВЫЕ УЗЛЫ, СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
1. Системы управления САЭП
1.1. Основные сведения
Под управлением электроприводом понимают выполнение операций, осуществляю-
щих пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование и остановку двигателя, а также его защиту, производимых в целях поддержания или соответствующего изменения режима работы привода.
Под системой управления электроприводом понимают электротехническое устрой
ство, предназначенное для выполнения перечисленных выше операций и изготовленное чаще всего в виде металлического шкафа с аппаратурой управления ( контакторами, реле, защитными устройствами, элементами автоматики и т.п. ).
В зависимости от уровня автоматизации, т.е. от степени участия человека в процес-
се управления, различают три вида систем управления:
1. неавтоматизированного ( ручного) управления ( сокращенного названия нет );
2. автоматизированного управления ( САУ ) ;
3. автоматического управления ( АСУ ).
Неавтоматизированное (ручное) управление осуществляют непосредственным
воздействием оператора на аппарат ручного управления: пусковой или пускорегулировоч
ный реостат, выключатель или контроллер.
В системах автоматического управления ( САУ ) управление объектом осущестля
ется без участия человека, пример авторулевой.
В системах автоматизированного управления ( АСУ ) человек ( группа людей ) яв-
ляется самостоятельным звеном управления в составе системы управления, пример си-
стема управления судовой атомной энергетической установкой.
1. 2. Элементная основа систем управления
В зависимости от элементной основы систем автоматики различают электроприво-
ды с релейно-контактным, электромашинным и бесконтактным управлением.
В соответствии с этим можно назвать следующие применяющиеся в настоящее время системы управления электроприводами.
Системы релейно-контакторного управления состоят из двигателя постоянного
или переменного тока, магнитного пускателя или контроллера, командоконтроллера и ящиков сопротивлений ( в схемах на постоянном токе ).
Систему генератордвигатель ( ГД ) применяют в электродвигателях большой
и средней мощности с плавным регулированием скорости в широких пределах.
Систему ГД с питанием цепей возбуждения от ЭМУ, которые используют в
качестве возбудителей и подвозбудителей это так называемая каскадная система воз-
буждения ( рис. 9.64 ) крупных генераторов и двигателей. Каскадная система возбуждения позволяет уменьшить габаритные размеры аппаратов и облегчить процесс управле-
ния.
Рис. 9.64. Система Г- Д с каскадным возбуждением ( а ), система Д Г АД
( б ), асинхронно-вентильный каскад ( в ) и система МУ Д ( г )
Систему ЭМУД применяют в установках небольшой мощности (до 10 кВт),рабо-
тающих с частым реверсированием.
Систему частотного регулирования асинхронного двигателя с использованием
машинного преобразователя частоты (система ДСГАД) применяют в многодвига-
тельных приводах с одинаковым режимом работы двигателей ( рис. 9.64, б ).
Систему тиристорный преобразователь двигатель (ТПД) в настоящее время
во многих случаях используют вместо системы Г-Д.
Асинхронно-вентильный каскад служит для регулирования скорости асинхронно
го двигателя с фазным ротором на основании опорной ЭДС ротора ( рис.9.64, в). Этот и большое число других каскадов применяют в установках большой мощности, где необходима реализация мощности скольжения асинхронного двигателя.
Система магнитный усилитель двигатель ( МУ Д ) позволяет с помощью ма-
лой мощности управления контролировать скорость, ток и напряжение двигателей по-
стоянного тока ( рис.9.64, г ). На судах применяется ограниченно, в системах автомати-
ки.
Система источник тока двигатель ( ИТД ) с применением преобразователя источника ЭДС в источник тока позволяет регулировать электромагнитный момент двигателя изменением потока полюсов и обеспечивает его работу на абсолютно мягкой механической характеристике.
Микропроцессорные системы управления рассматриваются ниже более подробно.
1.3. Микропроцессорные системы управления. Основные сведения
Микропроцессорные системы управления активно внедряются на современных су
дах.
Применяемые релейно-контакторные системы управления представляют собой
аппаратно реализованный алгоритм управления электроприводом, состоящий из логиче
ской и силовой частей.
Для каждого ЭП разрабатывается самостоятельная схема управления, позволяю
щая выполнять определенные функции. Эти устройства, работающие на жесткой логи
ке, имеют серьезные недостатки, которые затрудняют решение сложных задач управле
ния, не создают гибкости в работе и не решают задачи оптимизации процессов.
Такие недостатки отсутствуют у программируемых устройств логического управ
ления. К ним относятся микропроцессоры и построенные на их основе микроЭВМ, а также программируемые контроллеры. Если в релейно-контактор-ных системах управ
ления ЭП используют аналоговые регуляторы с фиксированными уставками срабатыва
ния, то в микропроцессорных системах применяется цифровая информация в двоичном коде.
Источником информации о состоянии ЭП являются датчики тока, напряжения, температуры, скорости и др. Для обработки информации в МП сигналы с этих датчи
ков преобразуются в цифровой двоичный код. Процесс преобразования обычно осуще
ствляется в 3 этапа.
Первый этап - преобразование сигналов разной физической природу в напряже-
ние постоянного тока.
Вторым этапом является нормализация сигнала. Это понятие включает в себя комплекс мер по улучшению качества сигнала, повышению достоверности содержащей
ся в сигнале информации. Сюда входит усиление сигнала, подавление и фильтрация помех, согласование уровня сигнала с номинальным уровнем преобразователя аналог-код.
Наконец, третий этап - соответственно аналого-цифровое преобразование. Так как аналоговой величиной здесь является напряжение, то речь идет о преобразовании напряжения в двоичный код.
В большинстве тиристорных ЭП управление силовым преобразователем осуще-
ствляется аналоговыми сигналами.
Поэтому после обработки информации МП требуется ее обратное преобразова
ние из цифровой формы в форму импульса напряжения постоянного тока требуемых -уровня и полярности. Эта операция осуществляется цифроаналоговым преобразовате-
лем.
1.4. Структурная схема микропроцессорной системы управления электропри-
водом
В состав микропроцессорной системы управления ЭП входят следующие блоки и
устройства (рис.9.65 ):
Рис. 9.65. Структурная схема микропроцессорной системы управления электроприводом:
УС устройство связи; УВУ -
устройство связи УС со старшей по иерархии ЭВМ или с оператором.
В УС используются преобразователи кодов, пульт управления с устройством
отображения информации;
управляющее вычислительное устройство УВУ, состоящее из аппаратных средств АС и программного обеспечения ПО.
Аппаратные средства - это по существу комплекс жестко закоммутированных автоматов, который за счет использования специальных программ становится функцио
нальным узлом специфического применения.
В системе управления УВУ занимает центральное место, вырабатывая управляю
щие сигналы на основании директив, поступающих через УС от ЭВМ следующего по иерархии уровня и сигналов с датчиков, установленных в устройствах, которые перечислены ниже;
устройство жесткой логики УЖЛ, представляющее собой систему отдельных жестко закоммутированных блоков управляющей аппаратуры.
Эта аппаратура служит для автономного управления процессом в случае выхода из строя ЭВМ, а также при необходимости вмешательства обслуживающего персонала в ходе управления процессом.
В ряде случаев эти блоки или часть их участвуют в автоматическом режиме рабо
ты, если от системы требуется высокое быстродействие. Выходные сигналы УЖЛ поступают на входы источника питания ИП и силового преобразователя СП;
управляемый источник силового питания, в качестве которого может быть управ
ляемый или неуправляемый выпрямитель.
В отдельных тиристорных преобразователях функции ИП и СП совмещают. Жирными стрелками на рис. 9.65 отмечено направление потока электроэнергии в двига
тельном и рекуперативном режимах, светлыми - потоки информации. Управляющие сиг
налы ИП получает от УВУ и УЖЛ, в обратном направлении следует диагностическая и сигнальная информация;
силовой преобразователь СП, обычно представляющий управляемый выпрями-
тель или инвертор в преобразователе частоты. Поток электроэнергии в СП также 2-сторонний (в зависимости от режима двигателя).
Управляющие сигналы поступают от УЖЛ и УВУ, а в обратном направлении следует диагностическая и сигнальная информация;
электродвигатель ЭД, включающий в себя, кроме двигателя, также датчики
скорости, тока и температуры обмоток;
передаточное устройство механизма ПУМ и рабочий орган РО механизма (например, цепная звездочка на брашпиле).
Для выявления функциональных взаимосвязей в системе рассмотрим процесс прохождения информации.
Основным информационным и управляющим компонентом системы является УВУ, в качестве которого могут применяться микроЭВМ или программируемый Конт-
роллер. На входы УВУ информация поступает от ЭВМ соседнего по иерархии уровня.
Связь УВУ с устройствами системы осуществляется с помощью аналоговых, цифровых и импульсных сигналов.
Для этого в состав УВУ вводятся аналого-цифровые, цифроаналоговые, цифро-
импульсные, импульсно-цифровые преобразователи.
Для связи с оператором применяются устройства ввода-вывода: пульт с диспле-
ем или без него, печатающее устройство и т. п.
На УВУ поступает информация с датчиков о ходе процессов и состоянии пара-
метров ИП и СП. Эта информация используется для коррекции управляющих сигналов и для контроля работоспособности.
Двигатель, передаточное устройство и рабочий орган также оборудуются датчи
ками состояния. Информация с них постоянно или по запросу подается на УВУ, где используется в качестве сигналов обратных связей или диагностических сообщений.
1.5. Архитектура микропроцессора
Микропроцессор как управляющее устройство является составной частью в
системе управления автоматизированным ЭП. Рассмотрим сначала функциональный состав и принцип действия МП как комплексного программно-управляемого элемента.
Рис. 9.66. Структурная схема модели микропроцессора
Микропроцессор представляет собой единое устройство в виде некоторого «чер
ного ящика» ( 9.66, а ), имеющего внешние входы и выходы для рабочей информации (данные D, D') и для команд управления данными (X).
Внутри МП происходят 2 процесса:
1. обработка данных, при котором поступающие в данные D подвергаются логиче-
ским и вычислительным операциям и в новом качестве D' выводятся из МП;
2. управление обработкой данных на основании заранее составленной программы
(X).
В соответствии с указанными процессами в составе МП можно выделить 2 основ-
ных функциональных блока - блок операций БО и блок управления БУ ( рис. 9.66, б).
Основным является блок операций, так как именно он реализует функциональное назначение МП.
Блок управления обеспечивает правильное функционирование БО, при этом по-
ступающая программа работы МП в виде последовательности команд X. преобразуется БУ с учетом сигналов Yo, оповещающих о состоянии БО, в серию управляющих сигналов Y, воздействующих на БО.
В своей работе МП взаимодействует с внешними устройствами, которые совмест
но с ним образуют микропроцессорную систему управления МСУ некоторым объектом ОУ (рис. 9.87, в).
Источником исходных данных и программы являются соответственно запоминающие устройства данных ЗУД и команд ЗУ К.
Приемником обработанных данных служит так называемое устройство ввода-вы-
вода УВВ, через которое обработанная цифровая рабочая информация D' в преобразо-
ванном виде как выходное управляющее воздействие Uy поступает на объект управления.
Из ОУ в УВВ поступает информация о состоянии объекта управления в виде сигналов обратных связей Uo.
В МСУ поток рабочей информации может иметь не только прямое направле-
ние (от ЗУД и к УВВ), но и обратное (от УВВ к МП и к ЗУД). Это дает возможность обмена информацией между ЗУД, БО и УВВ, позволяет обрабатывать данные обрат-
ных связей и запоминать результаты операций.
Совместная взаимосвязанная работа всех устройств и блоков в МСУ обеспечи-
вается системой управляющих сигналов Yn Yo.
Необходимая согласованность действий во времени блоков МП и МСУ достига-
ется с помощью синхронизирующих импульсов Хс, поступающих от генератора высоко-
стабильной частоты.
2. ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ. КЛАССИФИКАЦИЯ, ПОСТРОЕНИЕ И ПРАВИЛА ЧТЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
Схемой ( от греч. Schema наружный вид, форма ) называют чертеж, на котором условными графическими обозначениями показаны составные части изделия или установ-
ки и соединения или связи между ними.
Схемы электроприводов применяются на стадиях их разработки, изучения и эксплу
атации.
В первой половине 20-го столетия не существовало общих правил построения схем электрооборудования, каждый завод-изготовитель имел собственные правила. Это приво
дило к серьезным затруднениям при монтаже и наладке сложного сборного электробору-
дования, отдельные части которого были изготовлены на разных заводах.
Поэтому в промышленности, в том числе и электротехнической, постоянно прово-
дилась работа по унификации ( однообразию ) правил построения схем. Эта работа завер-
шилась введением в 70-х годах общесоюзной системы стандартов, которая получила назва
ние «Единая система конструкторской документации», сокращенно - ЕСКД.
В частности, этой системой в области электротехники установлены классификация, построение и правила чтения электрических схем.
Единая система конструкторской документации ( ЕСКД ) это совокупность стан-
дартов, основная часть которой введена в 1971 г. и продолжает действовать до сих пор.
Соблюдение стандартов ЕСКД является обязательным на территории страны, нарушение
стандартов преследуется по закону ( до одного года лишения свободы ).
Следует понимать, что ЕСКД это национальная система стандартов, действую-
щая в пределах территории Украины и других стран СНГ. В иных странах действуют ана-
логичные системы в Канаде, США, Англии, Германии, отличные от ЕСКД. Например, резистор в стандартах Англии изображается в виде плоской пружинки ( гармошки ), в стра
нах СНГ в виде прямоугольника, и т.п.
Поэтому Международная электротехническая комиссия ( МЭК ) проводит постоян-
ную работу, направленную на разработку стандартов, одинаковых для всех стран.
2.2. Классификационные группы ЕСКД
Стандарты ЕСКД разбиты на 10 классификационных групп:
0 общие положения;
1 основные положения;
2 классификация и обозначение изделий в конструкторских документах;
3 общие правила выполнения чертежей;
4 правила выполнения чертежей изделий машиностроения и приборостроения;
5 - правила обращения конструкторской документации ( учет, хранение, дублиро-
вание, внесение изменений );
6 правила выполнения эксплуатационной и ремонтной документации;
7 правила выполнения схем;
8 правила выполнения документов строительных, судостроения и горных;
9 прочие стандарты.
Обозначение стандартов ЕСКД строится по классификационному принципу. В об-
щем виде обозначение любого стандарта ЕСКД следующее:
ГОСТ 2. А ВС DE,
где: ГОСТ государственный стандарт ( в сокращении );
2 класс стандартов ( ЕСКД присвоен класс 2 );
А номер классификационной группы;
ВС порядковый номер стандарта в группе от 01 до 99;
DE год регистрации стандарта.
Например, государственный стандарт «ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» имеет обозначение: ГОСТ 2.701 74.
2.4. Классификация и обозначение схем
Классификацию и обозначение схем устанавливает стандарт ГОСТ 2.701 74. «ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению».
Ниже изложены основные положения этого стандарта.
1. в зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия, виды схем имеют такие наименования и буквенные коды:
электрические Э;
гидравлические Г;
пневматические П;
газовые ( кроме пневматических ) Х;
кинематические К;
вакуумные В;
оптические Л;
энергетические Р;
комбинированные ( совмещенные ) С;
2. в зависимости от основного назначения типы схем имеют такие наименования и
цифровые коды:
структурные 1;
функциональные 2;
принципиальные 3;
соединений ( монтажные ) 4;
подключений 5;
общие 6;
расположения 7;
объединенные 0.
2.5. Краткая характеристика типов схем
Структурная схема определяет основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.
Рис. 1. Структурная схема электропривода
На этих схемах прямоугольниками изображают основные функциональные части электропривода с указанием стрелками направления сигналов управления и обратных связей. Наименование элементов установки указывают внутри прямоугольников.
В качестве примера на рис. 1 приведена структурная схема автоматизированного электропривода постоянного тока, где AS задающее устройство; AW суммирующий элемент; U управляемый преобразователь; М электродвигатель; ПУ передаточное устройство; ИО исполнительный орган рабочей машины и BV датчик обратной связи по скорости.
Эти схемы разрабатываются на начальном этапе проектирования электроприводов, а в условиях эксплуатации - для общего ознакомления с электроприводом.
В электротехнике структурная схема обозначается «Э1».
Функциональные схемы служат для разъяснения процессов, протекающих в от-
дельных функциональных цепях электропривода или в электроприводе в целом.
Отдельные элементы допускается изображать прямоугольниками. Все элементы должны иметь наименования, обозначения или тип и соединяться между собой функцио-
нальными связями или конкретными соединениями. Электрические соединения ( кабели, провода ) изображаются одинарными прямыми линиями, механические пунктирными или сдвоенными параллельными линиями.
Рис. 2. Функциональная схема электропривода
На рис. 2 приведены следующие обозначения: СИФУ система импульсно-фазово
го управления тиристорами преобразователя U; BR тахогенератор; RP задающий потен
циометр; А усилитель; LM обмотка возбуждения двигателя М.
Эти схемы используют для изучения принципов работы электроприводов, а так
же при их наладке, контроле и ремонте в процессе эксплуатации.
В электротехнике функциональная схема обозначается «Э2».
Принципиальная ( полная ) схема определяет полный состав элементов и связей между ними и дает детальное представление о принципах работы электропривода.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема электропривода
Сами элементы в схеме изображаются с помощью условных графических обозна
чений и располагают в порядке, облегчающем чтение схемы, без учета действительного размещения их в установке или изделии ( разнесенным способом ).
Каждому элементу на схеме присваивается буквенно-цифровое позиционное обо-
значение, составленное из буквенного обозначения и порядкового номера, например КМ2 ( контактор электромагнитный, второй номер ).
Поскольку элементы схемы обычно изображают разнесенным способом, напри-
мер, катушка контактора в одном месте, а его контакты в другом , необходимо, чтобы все его части ( катушки, главные и вспомогательные контакты ) имели одно и то же пози-
ционное обозначение, присвоенное данному элементу, а именно: если катушка контактора обозначена КМ2 ( КМ общее обозначение катушек электромагнитных контакторов, 2 порядковый номер контактора в схеме электропривода ), то контакты этого контактора обозначаются как КМ2.1, КМ2.2, КМ2.3 и т.д. ( т.е. 1-й, 2-й, 3-й и т.д. контакт в схеме электропривода ).
В принципиальных схемах коммутационные элементы показывают для электро-
приводов в отключенном состоянии:
щем обесточенному состоянию втягивающей катушки;
батывания защиты;
тов и при отсутствии механического воздействия на них;
4. рубильники и автоматы в отключенном состоянии.
В принципиальных схемах выделяют два вида электрических цепей:
1. главные;
2. вспомогательные.
К главным относят цепи, предназначенные для подачи электроэнергии к машине или другой части установки в целях преобразования одного вида энергии в другой или для
изменения ее параметров. Обычно к главным относят цепи обмоток якорей двигателей постоянного тока, обмоток статоров асинхронных двигателей и т.п. Токи в таких цепях составляют десятки и сотни ампер. На практике такие цепи также называют «силовые» или «цепи сильного тока».
К вспомогательным относят цепи управляющих, усиливающих и информацион-
ных устройств. Обычно к таким цепям относят цепи катушек контакторов и реле, сигналь-
ных лампочек и т.п. Токи в таких цепях составляют от десятых доли ампера до нескольких ампер. На практике такие цепи также называют «цепи слабого тока».
В принципиальных схемах электроприводов постоянного тока главные цепи обы
чно вычерчивают в верхней части чертежа, вспомогательные ниже главной цепи.
В схемах электроприводов переменного тока цепи главные цепи изображают в левой части чертежа, вспомогательные в правой.
Вспомогательные цепи представляют собой параллельные развернутые ( обычно горизонтальные ) линии с различными полюсами на концах при постоянном токе и с раз
личными фазами на концах при переменном токе.
Для большей наглядности главные цепи следует показывать жирными линиями, цепи управления тонкими. Элементы, включенные в цепь, вычерчивают линиями той же толщины, что и цепь.
Допускается функциональные группы и части схемы выделять штрихпунктир-
ной линией.
Для упрощения схемы рекомендуется несколько линий связи сливать в общую ли
нию ( групповую ) с нумерацией каждой линии на обоих концах одинаковыми числами.
На схемах приводят текстовую информацию, содержащую различные пояснения ( например, наименования сигналов и функциональных групп, таблицы коммутации много
позиционных переключателей ).
Рис. 4. Развертка замыкания контактов командоаппарата
Если в качестве поста управления использован командоконтроллер, на схеме при
водят развертку с обозначением контактов и положений командоаппаратов ( рис. 4 ). На за
мыкание того или иного контакта в каком-либо положении ( 1-м, 2-м или 3-м ) указывает
жирная точка на вертикали, соответствующей данному положению. Например, на рис. 4
контакт К1 замкнут только в положении «0» ( в нулевом ), контакт К2 замкнут только в
1-м, 2-м и 3-м положениях в направлении «Подъем» и разомкнут во всех остальных.
Возможен следующий порядок чтения принципиальных схем электропривода:
1. дают краткую характеристику всех используемых в электроприводе электриче-
ских машин и аппаратов;
2. рассматривают главные цепи и цепи управления. По назначению включенных
в каждую цепь элементов определяют способы пуска, регулирования скорости и торможе-
ния, а также виды защиты элементов привода от аварийных режимов работы;
камые током цепи, а следовательно, и режимы работы электропривода при различных по-
ложениях штурвала или рукоятки поста управления.
Принципиальными схемами пользуются для изучения принципов работы электро
приводов, а также при их наладке, контроле и ремонте. Схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов, например, схем соединений ( монтажных ) и чертежей. Для облегчения перехода от принципиальной схемы к схеме соединений обозначения всех элементов на обеих схемах должны строго соответствовать друг другу.
В электротехнике принципиальная схема обозначается «Э3».
Схема соединений ( монтажная ) показывает соединения внутри составных частей изделия ( шкафов управления, магнитных станций и т.п. ) и определяет провода, жгуты, трубопроводы, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присо
единения и ввода ( платы, зажимы, разъёмы и т.п. ).
Рис. 5. Схема соединений электропривода ( соответствует схеме на рис. 4 )
Схемами соединений пользуются при разработке других конструкторских документов, в первую очередь чертежей, определяющих прокладку и способы крепления проводов, жгутов, кабелей или трубопроводов в изделии, а также для выполнения присоединений. Схемы используются также при контроле, эксплуатации и ремонте изде-
лий в процессе эксплуатации.
В электротехнике схема соединений обозначается «Э4».
Схема подключений показывает внешние подключения составных частей элек-
тропривода с определением соединительных проводов и кабелей электропривода.
На схемах подключений панели, шкафы управления и др., вычерчивают в виде пустых прямоугольников или внешних очертаний, а их входные элементы, например, кабели и т.п., показывают условными графическими изображениями.
Схемами пользуются при разработке других конструкторских документов, а так-
же для выполнения подключений изделий и при их эксплуатации.
Рис. 6. Схема подключений электропривода ( соответствует схемам на рис. 4 и 5 )
В электротехнике схема подключений обозначается «Э5».
Общая схема
На общей схеме изображают устройства и элементы, входящие в комплекс, а также соединяющие их провода, жгуты и кабели. Устройства и элементы изображают в виде прямоугольников, Допускается изображать элементы ( обмотки статора, резисторы,
диоды ) в виде условных графических обозначений или упрощенных внешних очертаний, а устройства ( усилители, генераторы и т.п. ) в виде упрощенных внешних очертаний.
Схемами пользуются при выполнении монтажных, наладочных и ремонтных работ.
В электротехнике схема обозначается «Э6».
Схема расположения определяет относительное расположение составных ча-
стей изделия ( установки ), а при необходимости также жгутов, проводов, кабелей, трубо-
проводов и т.п.
Схемы расположения могут быть выполнены на разрезах конструкций, разрезах или планах помещений или в аксонометрии.
Схемами пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при эксплуатации и ремонте изделия.
Схемами пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при эксплуатации и ремонте изделия.
В электротехнике схема обозначается «Э7».
Объединенная схема схема, когда на одном конструкторском документе вы-
полняют схемы двух или нескольких типов, выпущенных на одно изделие.
Схемами пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при эксплуатации и ремонте изделия.
Наименование и код объединенной схемы определяется ее видом и объединенны-
ми типами схем, например, схема электрическая соединений и подключения Э0, схема
гидравлическая структурная и принципиальная Г0, и т.д..
2.6. Условные графические изображения элементов электрических схем
Основные сведения
Электротехнические устройства и их элементы в электрических схемах изобража-
ются в виде условных графических обозначений, регламентируемых государственными стандартами по Единой системе конструкторской документации ( ЕСКД ).
Стандарты устанавливают графические обозначения общего применения для элек-
трических, гидравлических, пневматических и кинематических схем и специальные обо-
значения для каждого вида схем, в том числе электрических.
Обозначения общего применения
Обозначениям общего применения приведены на рис. 4.1…4.8.
Рис. 4.1. Обозначения постоянного и переменного тока, способы соединения обмоток
На рис. 4.1 показаны такие обозначения:
а ток постоянный с положительной «+» и отрицательной «-« полярностями; б общее обозначение переменного тока; в - общее обозначение переменного тока с указани-
ем числа фаз «m», частоты «f» и напряжения «U», например, трехфазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 380 В ( на изображении можно указывать только «m» или «f» или «U»; г однофазная обмотка; д трехфазная обмотка с соединением в треугольник, звезду и зигзаг.
Рис. 4.2. Обозначение линий электрической связи
На рис. 4.2 показаны такие обозначения:: а линия электрической связи ( провод, кабель ); б электрическое соединение линий; в пересечение линий связи; г группа линий электрической связи числом «n»; д однолинейное изображение трехпроводной линии электрической связи; е многолинейное изображение линий электрической связи с указанием всех линий ( в данном примере трех ).
Примечание: при изображении линий электрической связи толщины линий «b» выбираются от 0,18 до 1,4 мм в зависимости от выбранного формата чертежа и размеров условных графических обозначений элементов. Всего на чертеже рекомендуется приме-
нять не более трех типоразмеров линий по толщине тонкую «b», утолщенную «2b» и тол
стую «3b» или «4b».
Рис. 4.3. Изображение линий электрической связи
Группа линий, имеющая разное функциональное назначение, может объединяться в линию групповой связи, изображенную толстой сплошной линией ( рис. 4.3, а ) с ее от-
ветвлениями ( рис. 4.3, б ) и пересечениями ( рис. 4.3, в ).
Слияние линий электрической связи в групповую можно осуществлять под углом 90 или 45º ( рис. 4.3, в ).
Линия электрической связи может соединяться с заземление ( рис. 4.3, г ) и корпу-
сом электротехнического устройства ( рис. 4.3, д ).
Линия экранирования показывается штриховой линией ( рис. 4.3, е ).
Рис. 4.4. Изображение линий механической связи
Линия механической связи изображается штриховой линией ( рис. 4.4, а ), ее соеди-
нения с точкой ( рис. 4.4, б ), пересечения без точки ( рис. 4.4, в ).
При небольшом расстоянии между устройствами, имеющими механическую связь, где линию механической связи изобразить штриховой линией невозможно, ее допускается
изображать двумя сплошными параллельными линиями.
Рис. 4.5. Изображение потоков электрической энергии или электрического сигнала
Поток электрической энергии или электрического сигнала изображается линией со стрелкой в одном ( рис.4.5, а ) или в обоих направлениях ( рис.4.5, б ).
Направление движения также изображается линией со стрелкой. Прямолинейное
движение в одном направлении ( одностороннее ) по рис. 4.5, в, в обоих направ-
лениях ( возвратное ) по рис. 4.5, г, прерывное с выстоем одностороннее по рис. 4.5, д, возврат ное по рис. 4.5, е, с ограничением одностороннее по рис. 4.5, ж, возвратно-по
ступательное по рис. 4.5, з.
Рис. 4.6. Обозначение разных видов вращательного движения
Вращательное движение в одном или другом направлении по рис. 4.6, а, возврат-
ное по рис. 4.6, прерывное с выстоем по рис. по рис. 4.6, в, одностороннее с ограничением по рис. 4.6, г, качательное по рис. 4.6, д.
Рис. 4.7. Обозначение элементов электропривода и управляющих устройств
Общее обозначение привода по рис. 4.7, а, электромашинный привод по рис. 4.7, б, электромагнитный по рис. . 4.7, в, гидравлический по рис. . 4.7, г, ручной по
рис. . 4.7, д, с нажатием кнопки по рис. . 4.7, е, с поворотом кнопки или рукоятки по рис. . 4.7, ж, с рычагом по рис. . 4.7, з, ножной по рис. . 4.7, и.
Рис. 4.8. Изображение муфт, тормозов и фиксирующих механизмов
Неразъемная муфта по рис. 4.8, а, включающая по рис. 4.8, б, отключающая по рис. 4.8, в. Общее изображение тормоза по рис. 4.8, г, действующего при включении по рис. 4.8, д, при отключении по рис. 4.8, е. Фиксирующий механизм по рис. 4.8, ж,
а с защелкой по рис. 4.8, з.
Изображение электрических машин
Рис. 4.9. Изображение электрических машин
При изображении электрических машин используют упрощенный и развернутый способы построения условных графических изображений. При упрощенном способе об-
мотки статора и ротора машин переменного тока изображаются в виде окружностей ( рис.
4.9, а…г ), внутри которых можно указывать схему соединения обмотки, например, обмот
ки статора в звезду, а ротора в треугольник ( рис. 4.9, г ).
Выводы обмоток показываются в однолинейном и многолинейном изображениях.
При однолинейном изображении выводы показываются одной линией, с указанием на ней количества выводов, например, трехфазные машины с короткозамкнутым ротором ( рис. 4.9, а ) и с фазным ротором ( рис. 4.9, б ).
При многолинейном изображении показываются все линии в соответствии с чи-
слом фаз, например, трехфазные ( рис. 4.9, в, г ). Выводы можно располагать с любой сто-
роны изображения.
При развернутом способе обмотки статора и фазного ротоа изображаются в виде цепочек полуокружностей и располагают с учетом геометрического сдвига осей фазных обмоток ( рис. 4.9, д ) или без него ( рис. 4.9, ж ).
Допускается использовать смешанное изображение, например, обмотку статора развернутым способом, обмотку ротора упрощенным ( рис. 4.9, д или е ) и наоборот
( рис. 4.9, ж).
Рис. 4.10. Изображение синхронных машин
В синхронных машинах обмотки изображают также упрощенным ( однолинейным, многолинейным ) или развернутым способом, но с указанием конструкции ротора.
Например, синхронная трехфазная машина с обмоткой возбуждения на явнополюс-
ном роторе ( рис. 4.10, а, б ) или на неявнополюсном ( рис. 4.10, в, г ) роторе и обмоткой статора, соединенной в звезду ( рис. 4.10, а, б ) или в треугольник ( рис. 4.10, в, г ).
При наличии на роторе короткозамкнутой пусковой обмотки ( демпферной клетки )
она изображается, как у асинхронных машин ( рис. 4.10, д, е ).
Рис. 4.11. Изображение машин постоянного тока
В машинах постоянного тока ( рис. 4.11 ) обмотка якоря изображается в виде окруж
ности со щетками, а обмотка возбуждения - в виде ценочек полуокружностей, количество которых определяет вид обмотки.
Двумя полуокружностями изображают обмотку добавочных полюсов ( рис. 4.11, а )
тремя обмотку последовательного возбуждения (рис.. 4.11, б ) и четырьмя обмотку па-
раллельного ( рис. 4.11, г ) и независимого возбуждения ( рис. 4.11, д,е ).
Располагают обмотки якоря и возбуждения с учетом ( рис. 4.11, в, е ) или без учета ( рис. 4.11, б, г, д ) направления магнитного поля, создаваемого обмоткой.
Изображение трансформаторов
Рис. 4.12. Изображение трансформаторов
При изображении трансформаторов также используются упрощенный однолиней-
ный и многолинейный и развернутый способы.
При упрощенных способах обмотки трансформаторов напряжения ( рис. 4.12, а, б ) и автотрансформаторов ( рис. 4.12, е ) изображаются в виде окружностей, а выводы при однолинейном способе одной линией с указанием количества выводов, например, трех
( рис. 4.12, а ), при многолинейном всеми линиями, определяющими число фаз, напри-
мер, трехфазные ( рис. 4.12, б, е ).
Внутри окружностей может указываться схема соединения обмоток, например, звезда треугольник ( рис. 4.12, б ).
При развернутом способе обмотки изображаются в виде цепочек полуокружностей, количество которых для автотрансформаторов не устанавливается, для трансформаторов три окружности на одну обмотку, например: однофазные трансформатор ( рис. 4.12, в ) и
автотрансформатор ( рис. 4.12, ж ) с магнитопроводом.
В трансформаторах тока первичная обмотка выполняется в виде утолщенной ли-
нии, выделенной точками, а вторичная упрощенным способом в виде окружности ( рис. 4.12, и ) или развернутым способом двумя полуокружностями ( рис. 4.12, к ).
Изображение катушек индуктивностей, реакторов и магнитных усилителей
Рис. 4.13. Изображение катушек индуктивностей, реакторов и магнитных усилителей
Катушки индуктивности, реакторы и магнитные усилители изображаются также упрощенным и развернутым способами, но наибольшее распостранение получил развер-
нутый способ, когда их обмотки изображаются в виде цепочек полуокружностей, напри-
мер: катушка индуктивности, реактор без магнитопровода ( рис. 4.13, а ), с магнитопрово
да без зазора ( рис. 4.13, б ) и с воздушным зазором ( рис. 4.13, в ), магнитоэлектрическим сердечником ( рис. 4.13, г ) и с выводами ( рис. 4.13, д ).
В схемах питания электроприводов используется реактор ( рис. 4.13, е ). Магнит-
ный усилитель изображается совмещенным способом, например, усилитель с двумя магни
топроводами, с двумя рабочими и одной управляющей обмотками ( рис. 4.13, ж ), и разне-
сенным способом, при котором рабочая обмотка ( рис. 4.13, з ) и обмотка управления
( рис. 4.114, и ) изображены раздельно.
Изображение контактов
Рис. 4.14. Способы изображения контактов
Коммутационные устройства и контактные соединения, куда входят контакты вы-
ключателей, контакторов и реле, имеют общее обозначение контактов: замыкающего
( рис. 4.14, а ), размыкающего ( рис. 4.14, в ) и переключающего ( рис. 4.14, д ).
Изображения контактов разрешается изображать в зеркально-повернутом положе-
нии: замыкающего ( рис. 4.14, б ), размыкающего ( рис. 4.14, г ) и переключающего ( рис.
4.14, е ).
В основании подвижной части контактов разрешается ставить незачерненную точ-
ку ( рис. 4.14, и…л ).
Контакты аппаратов с ручным возвратом изображаются согласно рис. 4.14, ж и з.
Изображение выключателей
Рис. 4.15. Изображение выключателей
Выключатели изображаются с точкой в основании подвижного контакта ( рис. 4.15): однополюсный по рис. 4.15, а, многополюсный в однолинейном изображении по рис. 4.15, б и в многолинейном по рис. 4.15, в.
Автоматический выключатель ( автомат ) изображается с указанием типа расцепи-
теля. Например, однополюсный максимального тока ( рис. 4.15, г ) или трехполюсный
минимального ( рис. 4.15, д ). В зависимости от вида выключателя на его контакте указы-
вается вид воздействия, например выключатель кнопочный ( рис. 4.15, е, ж ) и выключа-
тель путевой ( рис. 4.15, з, и ) с замыкающими и размыкающими контактами сооветствен-
но.
Изображение контактов контакторов, реле и командоаппаратов
Рис. 4.16. Изображение контактов контакторов, реле и командоаппаратов
Силовые контакты изображаются без дугогашения ( рис. 4.16, а ) и с дугогашением ( рис. 4.16, б ).
Вспомогательные контакты контакторов и контакты реле изображаются согласно общему обозначению ( см. рис. 4.14 ).
Контакты реле времени изображаются с указанием выдержки времени при срабаты
вании ( рис. 4.16, в ) и при возврате ( рис. 4.16, г ) реле.
Размыкающий контакт электротеплового реле изображается в виде рис. 4.16, д или с указанием фиксирующего механизма и кнопки возврата ( рис. 4.16, е ), если необходимо
подчеркнуть их наличие.
Многопозиционные переключатели ( командоконтроллеры, универсальные пере-
ключатели изображаются с указанием каждого положения, замыкание в котором указыва-
ется точкой, например переключатель на два положения без самовозврата ( рис. 4.16, ж ),
один контакт которого замкнут в первом положении, а другой во втором.
Изображение контактных соединений
Рис. 4.17. Контактные соединения
Контактные соединения бывают: неразборные ( рис. 4.17, а ), разборные ( рис. 4.17, б ), разъемные ( рис. 4.17, в ), в которых различают штырь ( рис. 4.17, г ) и гнездо ( рис. 4.17, д ), скользящие по линейной ( рис. 4.17, ж ) и по кольцевой ( рис. 4.17, з ) поверхно-
стям. Колодка зажимов изображается по рис. 4.17, е.
Изображение воспринимающей части электромеханических устройств
Рис. 4.18. Воспринимающая часть электромеханических устройств
Общее обозначение воспринимающей части электромеханических устройств, т.е.
катушек электромагнитов, воспринимающей части электротепловых реле имеет вид прямо
угольника ( рис 4.18 ).
Обозначения однофазных обмоток выполняются по рис. 4.18, а, а трехфазных обмо
ток по рис. 4.18, б.
При необходимости можно указывать вид обмотки, например, обмотку тока по
рис. 4.18, в, а обмотку напряжения по рис. 4.18, г, а также вид устройства, например, реле времени, работающего с замедлением при срабатывании по рис. 4.18, д и при отпу-
скании по рис. 4.19, е.
Воспринимающее устройство электротеплового реле изображается по рис. 4.18, ж,
электромагнитная муфта по рис. 4.18, з.
Изображение плавких предохранителей, резисторов, конденсаторов
Рис. 4.19. Изображение плавких предохранителей, резисторов, конденсаторов
Плавкий предохранитель изображается по рис. 4.19, а. Постоянный резистор изобра
жается без отводов и с отводами ( рис. 4.19, б, в ). Шунт изображается в виде рис. 4.19, г.
В переменном резисторе подвижный контакт обозначается стрелкой( рис. 4.19, д ).
Конденсаторы изображаются с постоянной ( рис. 4.19, ж ) и переменной ( рис. 4.19, з ) емкостью. Полярные электролитические конденсаторы изображают по рис. 4.19, и, не-
полярные по рис. 4.19, к.
Изображение полупроводниковых приборов
Рис. 4.20. Изображение полупроводниковых приборов
На рис. 4.20, а изображен полупроводниковый диод, на рис. 4.20, б стабилитрон
на рис. 4.20, в транзистор с электропроводностью типа р-n-р, на рис. 4.20, г - транзистор с электропроводностью типа n-р-n, на рис. 4.20, д тиристор с управлением по катоду.
Однофазная мостовая выпрямительная схема с диодами ( мостик Греца ) может изо
бражаться в развернутом ( рис. 4.20, е ) и упрощенном виде ( рис. 4.20, ж ).
Изображение фотоэлектрических приборов
Рис. 4.21. Изображение фотоэлектрических приборов
На рис. 4.21 приведены изображения фотоэлектрических приборов с фотоэлектриче
ским эффектом: фоторезистор ( рис. 4.21, а ), фотодиод ( рис. 4.21, б ), диодный фоторези-
стор ( рис. 4.21, в ), фототранзистор типа р-n-р ( рис. 4.21, г ), диодная оптопара ( рис. 4.21,
д ), тиристорная оптопара ( рис. 4.21, е ) и резисторная оптопара ( рис. 4.21, ж ).
Изображение источников света и сигнальных приборов
Рис. 4.22. Изображение источников света
Источники света в виде осветительных и сигнальных ламп накаливания изображе
ны на рис. 4.22.
При изображении сигнальных ламп секторы допускается зачернять ( рис. 4.22, б ),
т.к. сигнальные лампы имеют небольшую мощность в 10…25 Вт и соответственно неболь-
шой световой поток.
Для сигнализации применяются также акустические приборы: электрозвонок ( рис.
4.22, в ), электросирена ( рис. 4.22, г ), электрогудок ( рис. 4.22, д ).
Полупроводниковый светоизлучающий диод показан на рис. 4.22, е.
Изображение логических элементов
Рис. 4.23. Изображение логических элементов
Двоичные логические элементы изображаются в виде основного поля ( рис. 4.23, а )
с прямыми входами ( слева на рис. 4.23, б ) и выходами ( справа на этом же рисунке ), с инверсными входами и выходами, т.е. функция «НЕ» ( рис. 4.23, в ).
В верхней половине поля изображения логических элементов указываются функ-
ции, выполняемые элементом: & - «И», 1 «ИЛИ», задержка ( рис. 4.23, ж ), усилитель
( рис. 4.23, з ), пороговый элемент ( рис. 4.23, и ), Т-триггер ( рис. 4.23, и ).
В комбинационных логических элементах выделяется дополнительное поле: левое ( рис. 4.23, г ), правое ( рис. 4.23, д ) и левое и правое с обозначением входов выходов и указанием функции ( рис. 4.23, е ).
Общие дополнительные замечания
Изображения, приведенные на рис. 4.1…4.22, согласно стандартам могут быть по-
вернуты на угол 90º в любом направлении ( по часовой стрелке и против ), т.е. приведен-
ные изображения на вертикальных линиях связи можно использовать для горизонтальных линий и наоборот.
Размеры условных графических обозначений могут быть увеличены при необходи-
мости выделить ( подчеркнуть ) особое или важное значение соответствующего элемента
( устройства ) или с целью размещения внутри изображения квалифицирующих символов или дополнительной информации, или уменьшены для повышения компактности.
Размеры, как и форматы чертежа, выбираются в зависимости от объема и сложно-
сти чертежа, особенностей выполнения ( репродуцирования или микрофильмирования ) и
необходимости выполнения его средствами электронной вычислительной техники.
2.7. Условные буквенно-цифровые обозначения элементов электрических схем
Каждому устройству, их элементам, функциональным частям на схемах присваива-
ется буквенно-цифровое обозначение, состоящее из буквенного обозначения и порядково-
го номера, проставленного после буквенного обозначения одинаковой с ним высоты.
Рекомендуется применять одно- и двухбуквенные обозначения, приведенные в таб-
лице 1, где первая буква означает род элемента и вторая его функциональное назначе-
ние.
Таблица 1. Буквенные коды элементов электрических схем
Код |
Пример |
Вид элемента ( устройства ) |
А |
Устройства ( усилители и др. ) |
|
В |
Преобразователи неэлектрических величин в электрические ( кроме генераторов и источников питания ) и наоборот |
|
ВВ |
Датчик магнитострикционный |
|
ВЕ |
Сельсин-приёмник |
|
ВС |
Сельсин-датчик |
|
ВК |
Тепловой датчик |
|
ВL |
Фотоэлемент |
|
ВР |
Датчик давления |
|
ВR |
Датчик частоты вращения ( тахогенератор ) |
|
ВV |
Датчик скорости |
|
С |
Конденсаторы |
|
D |
Интегральные схемы |
|
DA |
Аналоговые микросхемы |
|
DD |
Цифровые микросхемы, логические элементы |
|
DS |
Устройства хранения цифровой информации |
|
DT |
Устройства задержки |
|
Е |
Элементы различные, для которых не установлено спе- циальных буквенных обозначений |
|
ЕН |
Нагревательный элемент |
|
EL |
Осветительная лампа |
|
F |
Разрядники, предохранители, защитные устройства |
|
FA |
Дискретный элемент защиты по току мгновенного действия |
|
FP |
То же, инерционного действия |
|
FS |
Элемент инерционного и мгновенного действия |
|
FU |
Плавкий предохранитель |
|
FV |
Дискретный элемент защиты по напряжению, разряд- ник |
|
G |
Генераторы, источники питания |
|
GB |
Батареи |
|
Н |
Устройства индикаторные и сигнальные |
|
НА |
Прибор звуковой сигнализации |
|
НL |
Прибор световой сигнализации |
|
K |
Реле, контакторы, пускатели |
|
КА |
Реле токовое |
|
КН |
Реле указательное |
|
КК |
Реле электротепловое |
|
КМ |
Контактор, магнитный пускатель |
|
КР |
Реле поляризованное |
|
КТ |
Реле времени |
|
КV |
Реле напряжения |
|
М |
Двигатели |
|
Р |
Приборы и устройства, измерительные и испытатель ные, регистрирующие и дифференцирующие устройства |
|
РА |
Амперметры |
|
РС |
Счётчики импульсов |
|
РF |
Частотомер |
|
РJ |
Счётчик активной энергии |
|
РК |
Счётчик реактивной энергии |
|
РS |
Регистрирующий прибор |
|
РТ |
Часы |
|
РV |
Вольтметр |
|
РW |
Ваттметр |
|
Q |
Выключатели и разъединители в силовых цепях |
|
QF |
Автоматический выключатель |
|
QK |
Короткозамыкатель |
|
R |
Резисторы |
|
RK |
Терморезистор |
|
RP |
Потенциометр |
|
RS |
Шунт измерительный |
|
RU |
Варистор |
|
S |
Устройства коммутационные для цепей управления, сигнализации и измерительных |
|
SA |
Выключатель или переключатель |
|
SB |
Выключатель кнопочный |
|
SL |
Выключатель, срабатывающий от уровня |
|
SP |
Выключатель, , срабатывающий от давления |
|
SQ |
Выключатель, , срабатывающий от положения ( путе- вой ) |
|
SR |
Выключатель, , срабатывающий от частоты вращения |
|
ST |
Выключатель, , срабатывающий от температуры |
|
Т |
Трансформаторы |
|
ТА |
Трансформатор тока |
|
ТS |
Стабилизатор электромагнитный |
|
ТV |
Трансформатор напряжения |
|
U |
Преобразователи электрических величин в электриче- ские |
|
UR |
Модулятор, демодулятор |
|
UJ |
Дискриминатор ( фазочувствительный выпрямитель ) |
|
UZ |
Преобразователь частоты, выпрямитель, инвертор |
|
V |
Приборы электровакуумные и полупроводниковые |
|
VD |
Диод, стабилитрон |
|
VL |
Электровакуумный прибор |
|
VT |
Транзистор |
|
VS |
Тиристор |
|
Х |
Контактные соединения |
|
ХА |
Скользящий контакт, токосъёмник |
|
ХР |
Штырь |
|
ХS |
Гнездо |
|
ХТ |
Разборное соединение |
|
Y |
Устройства механические с электрическим приводом |
|
YА |
Электромагнит |
|
YВ |
Тормоз с электромагнитным приводом |
|
YС |
Муфта с электромагнитным приводом |
|
YН |
Электромагнитные плиты и патроны |
|
YV |
Электромагнитный золотник |
Если в рекомендациях отсутствуют необходимые двухбуквенные обозначения, то следует на основе однобуквеного кода прибавленим второй буквы латинского алфавита сформировать новое обозначение, смысл которого следует объяснить на поле схемы, либо воспользоваться однобуквенным кодом, что предпочтительнее.
После двухбуквенного кода и порядкового номера элемента допускается использо-
вать дополнительное буквенное обозначение, определяющее функциональное назначение элемента, приведенное в таблице 2.
Таблица 2. Буквенные коды функционального назначения
Буквенный код |
Функция элемента ( устройства ) |
А |
Вспомогательный |
В |
Направление движения ( вперед, назад, вверх, вниз и т.п ) |
С |
Считающий |
D |
Дифференципующий |
F |
Защитный |
G |
Испытательный |
Н |
Сигнальный |
J |
Интегрирующий |
L |
Толкающий |
М |
Главный |
N |
Измерительный |
Р |
Пропорциональный |
Q |
Cостояние ( старт, стоп, ограничение ) |
R |
Возврат, сброс |
S |
Запоминание, запись |
Т |
Синхронизация, задерика |
V |
Скорость ( ускорение, торможение ) |
W |
Сложение |
Х |
Умножение |
Y |
Аналоговый |
Z |
Цифровой |
5.8. Прочтение буквенно-цифровых обозначений элементов электрических схем
На всех видах схем любой элемент резистор, катушка контактора, измерительный прибор и др., имеет буквенно-цифровое обозначение.
Это обозначение состоит из одной или двух букв и чисел. Буква ( буквы ) обознача-
ют код данного элемента, а числа ( цифры ) порядковый номер этого элемента в данной схеме.
Например, буквенно-цифровое обозначение КТ2 означает следующее: КТ реле времени, 2 второе по порядку в данной схеме.
В случае изображения на схеме составных частей элементов электрических схем
после основного цифрового обозначения через точку ставится дополнительное, обозначаю
щее порядковый номер этой составной части.
В этом случае расшифровка обозначений цифр и букв выполняется в обратном порядке, т.е. буквенные символы и цифры прочитываются в направлении справа налево.
Например, буквенно-цифровое обозначение КМ5.4 означает следующее: КМ катушка электромагнитного контактора, порядковый номер контактора в схеме 5, порядковый номер контакта контактора в схеме 4.
Прочитывается же это обозначение так: четвертый контакт пятого по счету электро
магнитного контактора.
5.9. Условные функциональные обозначения на аппаратуре всех видов
Рис. 1. Плюс, положительная полярность. Для обозначения соединителей положительной полярности, подключающих источник постоянного тока
Рис. 2. Минус, отрицательная полярность. Для обозначения соединителей отри-
цательной полярности, подключающих источник постоянного тока
Рис. 3. Постоянный ток. Для обозначения соединителей, подключающих аппарату-
ру к источнику постоянного тока, а также для указания, что аппаратура работает только на постоянном токе
Рис. 4. Переменный ток. Для обозначения соединителей, подключающих аппарату
ру к источнику переменного тока, а также для указания, что аппаратура работает только на переменном токе
Рис. 5. Преобразователь переменного тока в постоянный. Для обозначения пре-
образователя переменного тока в постоянный и соответствующих соединителей
Рис. 6. Преобразователь постоянного тока в переменный. Для обозначения пре-
образователя постоянного тока в переменный и соответствующих соединителей
Рис. 7. Корпус, шасси. Для обозначения соединителей, подключенных к корпусу или шасси
Рис. 8. Заземление, масса. Для обозначения соединителей заземления
Рис. 9. Заземление, защитное. Для обозначения соединителей заземления, создаю-
щих защиту от поражения электрическим током
Рис. 10. Прибор II класса защиты. Для обозначения аппаратуры, соответствую-
щей требованиям техники безопасности, определенным для аппаратуры II класса ( защи-
ты )
Рис. 11. Предохранитель. Для обозначения коробок предохранителей и указания их места
Рис. 12. Сигнальная лампа. Для обозначения переключателя, при помощи которо-
го включают и выключают сигнальную лампу
Рис. 13. Лампа освещения, подсветка. Для обозначения переключателей, управ-
ляющих источником света
Рис. 14. Включено. Для обозначения включения сети, выключателей сети или их положения, соответствующего включению сети
Рис. 15. Выключено. Для обозначения выключения сети, выключателей сети или их положения, соответствующего выключению сети
Рис. 16. Включено / выключено, кнопочный переключатель с двумя фиксиро-
ванными положениями. Для обозначения выключателя, включающего или выключаю
щего сеть. Каждое положение выключателя фиксировано.
Рис. 17. Готовность к включению, дежурный режим. Для обозначения выключа-
теля ( или его положения ), при помощи которого часть аппаратуры приводится в состоя-
ние «готовность к включению». На судах дежурный режим называют «стенд-бай» («stand-by»)
Рис. 18. Ножной переключатель, педаль. Для обозначения соединителей, к кото-
рым подключается ножной переключатель
Рис. 19. Переключатель каналов программ. Для обозначения переключателей, кправляющих выбором канала, программы
Рис. 20. Старт, пуск, приведение в действие. Для обозначения переключателей старта, пуска, приведения в действие
Рис. 21. Быстрый пуск. Для обозначения переключателя или регулирующего эле-
мента, посредством которого рабочая скорость ( нормальный режим ) достигается без зна-
чимой задержки
Рис. 22. Остановка, блокировка. Для обозначения переключателя, при помощи которого движение, например, перемещение ленты прекращается
Рис. 23. Быстрая остановка, стоп. Для обозначения регулирующих элементов, при помощи которых процесс, программ, ход ленты останавливается без значимой задерж
ки
Рис. 24. Пауза, перерыв. Для обозначения переключателя, действие которого пере-
мещение ( например, ленты ) прерывается при помощи тормозной системы и отключения
Рис. 25. Эффект или действие в направлении к исходной точке, нормальный режим. Для обозначения переключателей эффекта или действия в направлении к действи-
тельной или воображаемой исходной точке, знаку, отметке, например, одновременное приведение нескольких параметров аппаратуры к заранее выбранным значениям
Рис. 26. Автоматическое управление. Для обозначения переключателя ( или его положения ), посредством которого аппаратура приводится в режим автоматического управления
Рис. 27. Ручное управление. Для обозначения переключателя ( или его положения ), посредством которого аппаратура приводится в режим ручного управления
Рис. 28. Дистанционное управление. Для обозначения переключателя ( или его положения
Рис. 29. Регулирование. Для обозначения элемента, подлежащего регулированию, устанавливающего соответствующее значение величины. Значение величины увеличивается с увеличением высоты фигуры
Рис. 30. Регулирование высоких звуковых частот. Для обозначения регулирую-
щих элементов высоких звуковых частот
Рис. 31. Регулирование низких звуковых частот. Для обозначения регулирую-
щих элементов низких звуковых частот
Рис. 32. Музыка. Для обозначения положения «музыка» переключателя «речь / музыка»
Рис. 33. Звук. Для обозначения переключателей, регулирующих элементов и соединителей, относящихся к звуковой информации
Рис. 34. Баланс. Для обозначения регулировки баланса стереоканалов
Рис. 35. Синхронизация. Для обозначения соединителей, переключателей и регули
рующих элементов, предназначенных для управления аппаратурой, работающей синхрон-
но, например, подключение синхронизатора кинопроектора
Рис. 36. Фильтр ( пропускание ) высоких частот. Для обозначения фильтра высо-
ких частот, а также связанных с ним переключателей и регулирующих элементов
Рис. 37. Фильтр ( пропускание ) низких частот. Для обозначения фильтра низких частот, а также связанных с ним переключателей и регулирующих элементов
Рис. 38. Фильтр полосно-заградительный, режекторный. Для обозначения полос
но-заградительного фильтра , а также связанных с ним переключателей и регулирующих элементов
Рис. 39. Фильтр средних частот, полосовой. Для обозначения полосового фильт-
ра , а также связанных с ним переключателей и регулирующих элементов
Рис. 40. Тюнер, радиоприемник. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирующих элементов радиоприемника, тюнера
Рис. 41. Вход. Для обозначения входных соединителей, когда необходимо различие между входами и выходами
Рис. 42. Выход. Для обозначения выходных соединителей, когда необходимо разли
чие между входами и выходами
Рис. 43. Тонкомпенсация. Для обозначения переключателей и регулирующих эле-
ментов, позволяющих компенсировать физиологическую кривую слышимости
Рис. 44. Усилитель. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирую-
щих элементов усилителя. Для обозначения усилителя, заключенного в защитный корпус
Рис. 45. Часы, реле времени. Для обозначения переключателей и регулирующих элементов в часах, реле времени, таймерах
Рис. 46. Монофонический, моно. Для обозначения монофонического воспроизве-
дения ( записи ) звука. Для обозначения положения «моно» на переключателях «моно /
стерео». Применяется также на этикетках грампластинок
Рис. 47. Стереофонический. Для обозначения стереофонического воспроизведения ( записи ) звука. Для обозначения положения «стерео» на переключателях «моно / стерео». Применяется также на этикетках грампластинок
Рис. 48. Магнитофон. Для обозначения соединителей, переключателей и регулиру-
ющих элементов, предназначенных для магнитофона
Рис. 49. Стереофонический магнитофон. Для обозначения соединителей, пере-
ключателей и регулирующих элементов, предназначенных для стереофонических магнито
фонов
Рис. 50. Головные телефоны. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирующих элементов, предназначенных для головных телефонов
Рис. 51. Головные телефоны стереофонические. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирующих элементов, предназначенных для головных стереофони-
ческих телефонов
Рис. 52. Головные телефоны с микрофоном. Для обозначения соединителей, пере
ключателей и регулирующих элементов, предназначенных для головных телефонов с мик-
олфоном
Рис. 53. Микрофон. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирую-
щих элементов, предназначенных для микрофонов
Рис. 54. Микрофон стереофонический. Для обозначения соединителей, переклю-
чателей и регулирующих элементов, предназначенных для стереофонических микрофонов
Рис. 55. Наушник. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирую-
щих элементов, предназначенных для наушника
Рис. 56. Громкоговоритель. Для обозначения соединителей, переключателей и регулирующих элементов, предназначенных для громкоговорителя
Рис. 57. Запись ( регистрация ) на носителе информации. Для обозначения пере
ключателя его положения, в котором аппаратура включается на запись
Рис. 58. Воспроизведение записи с носителя информации. Для обозначения пере-
ключателя или его положения, в котором аппаратура включается на воспроизведение с носителя информации
Рис. 59. Стирание записи с носителя информации. Для обозначения переключате
ля или его положения, в котором происходит стирание информации, записанной на носите
ле
Рис. 60. Контроль входных данных во время записи или регистрации на носи-
теле информации. Для обозначения регулирующего элемента, посредством которого производится контроль входных данных во время записи или регистрации
Рис. 61. Контроль входных данных после записи или регистрации их на носи-
теле информации. Для обозначения регулирующего элемента, посредством которого производится контроль входных данных после записи их или регистрации
Рис. 62. Контроль входных данных во время их воспроизведения. Для обозна-
чения регулирующего элемента, посредством которого производится контроль входных
данных во время их воспроизведения
Рис. 63. Блокировка записи. Для обозначения управляющего элемента блокирую-
щей схемы, предназначенной для предотвращения случайного воспроизведения записи.
Рис. 64. Отметчик ( маркер ). Для обозначения управляющего элемента, при помо
щи которого отметка ( например, сигнал, перфорация, специальный код ) может быть за-
регистрирована на носителе информации
Рис. 65. Отсечка носителя. Для обозначения управляющего элемента системы от-
сечки, например, в устройствах копирования и монтажа бумажной, магнитной, перфори-
рованной ленты
Рис. 66. Постоянный и переменный ток. Для обозначения соединителей, подклю
чающих аппаратуру к источнику постоянного или переменного тока, а также для указа-
ния, что аппаратура работает на постоянном и переменном токе
Рис. 67. Кварц. Для обозначения органов управления кварцевыми резонаторами
Рис. 68. Включено / выключено, кнопочный переключатель с одним фиксиро
ванным положением. Для обозначения переключателя, включающего или выключающе-
го сеть. Положение «Выкл.» является фиксированным, положение «Вкл.» осуществляется только при нажатии переключателя
Рис. 69. Звонок. Для обозначения переключателя, управляющего звонком
Рис. 70. Гудок. Для обозначения переключателя, управляющего гудками, звуковы-
ми сигнализаторами тревоги
Рис. 71. Вентилятор. Для обозначения переключателя, управляющего вентилято-
ром
Рис. 72. Заземление бесшумное. Для обозначения соединителей заземления, обе-
спечивающих минимальные шумы аппаратуры от заземления
Рис. 73. Эквипотенциальность. Для обозначения соединений, предназначенных для приведения нескольких узлов аппаратуры к единому потенциалу
Рис. 74. Выпрямитель ( без указания типа ). Для обозначения соединителей и регулирующих элементов, связанных с выпрямительными устройствами
Рис. 75. Трансформатор. Для обозначения соединителей, переключателей и регу-
лирующих элементов, предназначенных для управления силовыми трансформаторами
Рис. 76. Движение в одном направлении. Для обозначения регулирующего эле-
мента, в результате действия которого объект перемещается в указанном направлении
Рис. 77. Движение в двух направлениях. Для обозначения регулирующего эле-
мента, в результате действия которого объект перемещается в двух указанных направле-ниях
Рис. 78. Движение, ограниченное в двух направлениях. Для обозначения элемен
та, в результате действия которого объект перемещается в двух направлениях в опреде-
ленных пределах
Рис. 79. Действие от исходной точки. Для обозначения регулирующего элемента,
посредством которого происходит перемещение объекта ( эффекта ) от исходной ( действительной или мнимой ) точки
Рис. 80. Действие по направлению к исходной точке. Для обозначения регулиру-
ющего элемента, посредством которого происходит перемещение объекта ( эффекта ) к исходной ( действительной или мнимой ) точке
Рис. 81. Действие в двух направлениях от исходной точки. Для обозначения регу
лирующего элемента, посредством которого происходит перемещение объекта ( эффекта ) от исходной ( действительной или мнимой ) точки
Рис. 82. Последовательное действие от исходной точки и обратно. Для обозначе-
ния регулирующего элемента, посредством которого происходит последующее перемеще-
ние объекта ( эффекта ) от исходной точки ( действительной или мнимой ) и обратно
Рис. 83. Одновременное действие от исходной точки и обратно. Для обозначе-
ния регулирующего элемента, посредством которого происходит одновременное переме
щение объекта ( эффекта ) от исходной точки и обратно
Рис. 84. Установка минимума. Для обозначения регулирующего элемента, посред
ством которого устанавливается минимальное значение величины, например, баланс мостовой схемы, минимум отклонения измерительного прибора, индикатора и т.п.
Рис. 85. Установка максимума. Для обозначения регулирующего элемента, по-
средством которого устанавливается максимальное значение величины, например, на-
стройка, максимальное отклонение измерительного прибора, индикатора и т.п.
Рис. 86. Режекторный резонансный фильтр ( волновая ловушка ). Для обозна-
чения регулирующего элемента, управляющего режекторным резонансным фильтром
Рис. 87. Фильтр полосно-заградительный с переменной полосой заграждения
( полосой пропускания ). Для обозначения регулирующего элемента, управляющего по-
лосно-заградительным фильтром с переменной полосой пропускания
Рис. 88. Фильтр полосовый с переменной средней частотой. Для обозначения регулирующего элемента, управляющего полосовым фильтром с переменной средней частотой
Рис. 89. Фильтр полосовый с переменной полосой пропускания ( селективная регулировка ). Для обозначения регулирующего элемента, управляющего полосовым фильтром с переменной полосой пропускания
3. Типовые узлы и схемы автоматического управления электродвигателей
3.1. Стандартные защиты судовых электроприводов
В соответствии с Правилами Регистра, любой судовой электропривод должен иметь три вида защитных устройств:
1. от токов короткого замыкания;
2. от токов перегрузки;
3. по снижению напряжения ( нулевая или минимальная ).
Для отдельных видов электроприводов возможно применение дополнительных ви-
дов защиты или сигнализации вместо защиты. Например, в рулевых электроприводах при
меняется защита от токов короткого замыкания, при перегрузке включается сигнализация, при снижении напряжения срабатывает не нулевая, а минимальная защита, обеспечиваю-
щая автоматическое повторное включение электропривода после восстановления напряже
ния ( более подробно см. ниже, тема «Рулевые электроприводы» ).
Рассмотрим эти защитные устройства более подробно.
Защиты от токов короткого замыкания
Под коротким замыканием понимают такой аварийный режим работы электрической цепи, при котором ток превышает номинальный в несколько раз Такой ток способен повре-
дить элементы цепи.
К основным причинам возникновения токов короткого замыкания относятся такие:
1. перегрузка электрической цепи;
2. тепловое старение изоляции;
3. человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием.
Перегрузка электрической цепи может возникнуть при включении в данную сеть прием
ника электроэнергии, мощность которого превышает расчетную.
Такое включение чаще всего случается в старых береговых сетях, в которые, по мере эксплуатации, дополнительно включались новые приемники электроэнергии, на которые сеть не рассчитана.
В электроприводах перегрузка электрической цепи может иметь механический харак-
тер, например, при включении насоса с зажатыми после ремонта сальниками, при подъеме лебедкой груза, большего номинального и т.п.
Тепловое старение изоляции неизбежно во всех электрических устройствах, имеющих изоляцию - трансформаторах, электрических машинах, системах автоматики. В результате тепловой пробой переходит в электрический, при котором касаются друг друга соседние ого-
ленные проводники.
Человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием можно снизить, если не допускать к работам неквалифицированный или недостаточно подготовленный персо-
нал. Если персонал квалифицированный, достаточно неукоснительно соблюдать Правила технической эксплуатации электрооборудования судов и Правила техники безопасности.
Последствия токов короткого замыкания
Последствия токов короткого замыкания такие:
ки из-за действия электродинамических сил, действующих на рядом расположенные проводни
ки.
Требования Правила Регистра к защитным устройствам от токов короткого замыкания
По Правилам Регистра:
Защитные устройства мгновенного действия применяют для приемников электроэнергии - электродвигателей, нагревательных, осветительных и бытовых приборов.
Защитные устройства с выдержкой времени приме няют для защиты генераторов. Выдержка времени ( не более 1с) необходима для того, чтобы генераторы не отключались большими пусковыми токами мощных электродвигателей, например, компрессоров, мощных насосов, якорно-швартовных устройств и т.п.
Схемы защиты от токов короткого замыкания
На судах в качестве защитных устройств от токов короткого замыкания применяют:
Все эти устройства действуют мгновенно.
Например, собственное время срабатывания автоматических выключателей в сред-
нем 0,03 с, реле максимального тока - 0,015 с, предохранителей - сотые доли секунды, причем время сгорания плавкой вставки тем меньше, чем больше ток короткого замыкания.
Рис. 111. Схемы защитных устройств от токов короткого замыкания: а - с предохра нителями; б - с автоматическим выключателем; в - с реле максимального тока
В схеме с предохранителями ( рис. 111, а ) предохранители должны устанавливаться в каждом линейном проводе ( требование Правил Регистра ).
Предохранители не следует применять для защиты от токов короткого замыкания в
обмотках статора 3-фазных асинхронных двигателей. Это объясняется тем, что при корот-
ком замыкании в обмотке статора может сгореть только один предохранитель. При этом дви-
гатель останется работать на 2-х фазах, его скорость уменьшится, а ток увеличится, двигатель может сгореть.
Кроме того, в комплекте с предохранителями обязательно применение трехполюсного выключателя, при помощи которого нужно включать и отключать двигатель.
Поэтому для защиты от токов короткого замыкания 3-фазных электродвигателей предпочтительней применять автоматические выключатели ( рис. 111,6). Они выполняют функции одновременно коммутационных и защитных устройств.
При коротком замыкании в любой фазной обмотке асинхронного двигателя все три контакта выключателя размыкаются одновременно.
Автоматические выключатели применяются в сетях переменного и постоянного тока.
Реле максимального тока мгновенного действия (рис. 111, в) применяют также в сетях переменного и постоянного тока.
Схема работает так.
При подаче напряжения на выводы А и В начинает протекать ток через параллельную обмотку возбуждения L. Никакие другие цепи не образуются.
При нажатии кнопки SB1 «Пуск» через контакты этой кнопки образуется цепь тока катушки линейного контактора КМ.
Контактор включается и замыкает три контакта: главные КМ.1 и КМ.2 и вспомогательный КМ.З.
При замыкании главных контактов образуется цепь тока якоря через катушки реле КА1, КА2. Происходит прямой пуск двигателя.
Вспомогательный контакт КМ.З шунтирует кнопку SB1 «Пуск», после чего ее можно отпустить.
При коротком замыкании в цепи обмотки якоря реле КА1 ( КА2) притягивает якорь, вследствие чего контакт КА1 ( КА2) размыкается, отключая катушку контактора КМ.
Все три контакта - KM.l, KM.2 и КМ.З - размыкаются. При размыкании КМ.1 и КМ.2 обмотка якоря отключается, двигатель останавливается.
При этом контакты КМ1 и КМ2 замыкаются, но катушка контактора КМ не может Получить питание, т.к. в ее цепи два разрыва: разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск» и разомкнут контакт КМ.З.
Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».
Защиты от токов перегрузки
Причины и последствия токов перегрузки
Под перегрузкой понимают увеличение тока двигателя не более чем в два раза больше по сравнению с номинальным ( ток, превышающий номинальный более чем в два раза, считается током короткого замыкания ).
Основной причиной появления токов перегрузки является длительное превышение нагрузки двигателя со стороны механизма - насоса, вентилятора, грузовой лебедки и т.п.
При систематических перегрузках двигателя происходит ускоренное старение изо
ляции обмоток, что в конечном счете приводит к ее повреждению и возникновению меж-
виткового короткого замыкания.
Для защиты от токов перегрузки применяют электротепловые реле, описанные выше ( см. 1.1.10).
Схема защиты от токов перегрузки
Схема защиты от токов перегрузки показана на рис. 112
Рис. 112. Схема защиты от токов перегрузки
Схема работает следующим образом.
При перегрузке двигателя размыкается контакт теплового реле КК1 ( КК2 ). При этом обрывается цепь катушки линейного контактора КМ, вследствие чего размыкаются главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный, включенный параллельно кнопке SB1 «Пуск».
Двигатель отключается от сети, поэтому ток через нагревательные элементы КК1, КК2 в цепи обмотки статора перестает протекать.
Через З...4 мин контакт КК1 (КК2 ) вследствие остывания нагревательного элемента замкнется, но в этой же цепи остается разомкнутым контакт кнопки SB1 «Пуск».
Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».
Надо обратить внимание на то, что в схеме использованы только два тепловых реле, нагревательные элементы которых включены в левый и правый провода Л1 и ЛЗ. Однако, если увеличится ток в среднем проводе Л2, это автоматически вызовет увеличение тока в проводах Л1 и ЛЗ.
Поэтому Правила Регистра допускают включение тепловых реле в две фазы из трех ( как на рис. 110 ). На многих судах иностранной постройки тепловые реле включают во все три фазы.
Защиты по снижению напряжения
Снижение напряжения питающей сети неблагоприятно сказывается на работе элект
роприводов.
Причины снижения напряжения сети разные, к основным из них относятся такие:
ностью генератора, включенного на шины ГРЩ ( например, компрессора );
или других мощных механизмов;
Поддерживать напряжение сети стабильным должны автоматические регуляторы
частоты ( АРЧ ) и напряжения ( АРН ). Однако современные АРЧ и АРН действуют с за-
медлением и допускают большие провалы напряжения.
Особенно чувствительны к снижениям напряжения 3-фазные асинхронные двигате-
ли, у которых вращающий электромагнитный момент прямо пропорционален квадрату на-
пряжения сети: М≡ U. Это означает, что при провале напряжения до значения
0,8 U( 80% ) новое значение электромагнитного момента составит
М'≡ ( 0,8 U) М= 0,64 М.
Иначе говоря, при провале напряжения на 20% момент уменьшился до 64%, т.е.
практически на одну треть.
Такое уменьшение момента может привести к аварии. Например, если провал на-
пряжения произошел при подъеме якоря из воды, якорь станет опускаться.
При работе насосов, вентиляторов, компрессоров провал напряжения может приве
сти к их остановке, а при восстановлении напряжения начнется их затяжной повторный пуск под нагрузкой. При таком пуске перегреваются обмотки статора и ротора, вплоть до их сгорания.
Поэтому в мировой практике при снижении напряжения сети до определенного значения ( в среднем до 60% номинального ) электропривод должен отключаться.
Различают два вида защиты по снижению напряжения:
Для лучшего понимания разделим процесс изменения напряжения на две части:
ки;
гулятора напряжения или ( и ) автоматического регулятора частоты.
Обе защиты на первом этапе, при снижении напряжения действуют одинаково
отключают электропривод.
Однако на втором этапе - при последующем восстановлении напряжения минималь
ная защита включает электропривод, а нулевая нет. Иначе говоря, минимальная защита обеспечивает автоматическое повторное включение ( АПВ ) электропривода, а нулевая нет.
Минимальная защита применяется в электроприводах, перерыв в работе которых приводит к аварии например, в рулевых устройствах.
Нулевая защита применяется во всех остальных ( кроме рулевых ) судовых электро
приводах, перерыв в работе которых не приводит к аварии. К этой части электроприво-
дов относятся лебедки, краны, компрессоры, якорно-швартовные устройства и др.
В то же время повторное самопроизвольное ( автоматическое ) включение таких электроприводов после восстановления напряжения может привести к аварии.
Таким образом, нулевая защита должна обладать двумя свойствами:
привода.
Минимальная защита
Вначале, как более простую, рассмотрим минимальную защиту, которая применяет
ся только в рулевых электропривода ( рис. 109, в ).
Рис. 109. Защиты по снижению напряжения: а, б нулевая; в минимальная.
Катушка контактора КМ питается от линейных проводов В и С. При номинальном напряжении сети контактор включен, через его главные контакты КМ1…КМ3 подается питание на обмотку статора двигателя М.
При снижении напряжения до недопустимого ( обычно до 60% номинального ) якорь контактора отпадает, контакты КМ1…КМ3 размыкаются, двигатель отключается от сети.
При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ становится номинальным, контактор включается, происходит повторный пуск двигателя.
Таким образом, данная схема обеспечивает автоматическое повторное включе-
ние электродвигателя после восстановления напряжения.
Схема защиты на рис. 109, а, применяется в случае, если в ней только один или два ( реверсивных ) контактора.
Для включения двигателя в сеть нажимают кнопку SB1 «Пуск», вследствие чего
включается линейный контактор КМ, который замыкает главные контакты КМ1...КМ3 и
вспомогательный КМ4.
Если после этого кнопку SB1 отпустить, ток в катушке КМ контактора поддержива
ется через вспомогательный контакт КМ4.
При снижении напряжения до недопустимого якорь контактора отпадает, контакты
КМ1…КМ3 размыкаются, двигатель отключается от сети и останавливается.
Кроме того, размыкается контакт КМ4, поэтому ток в катушке КМ контактора исче
зает.
При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ появится только после нажатия кнопки SB1 «Пуск».
Таким образом, данная схема исключает автоматическое повторное включение электродвигателя после восстановления напряжения. Пуск возможен только при участии человека.
Вариант №2
Схема на рис. 109, б применяется как часть более сложной схемы управления в эле
ктроприводах, с числом контакторов более двух. К таким электроприводам относятся грузовые лебедки и краны, якорно-швартовные устройства и другие, управляемые при помощи командоконтроллера.
Как следует из схемы, рукоятка командоконтроллера имеет 5 положений: нерабо-
чее «0» и по два рабочих «I» и «II» в обе стороны ( «Вперед» - «Назад» ).
В исходном положении «0» контакт SA командоконтроллера замкнут. Поэтому при
подаче напряжения на зажимы А и В ( род тока не играет роли ) через этот контакт образу
ется цепь тока катушки реле напряжения KV.
Реле KV включается и замыкает три своих контакта: KV1, KV2 и KV3. Контакт KV1 шунтирует контакт SA ( но только в нулевом положении ), через контакты KV2 и KV3 поступает питание на остальную часть схемы управления.
Схема готова к работе.
При работе, например, в направлении «Вперед», рукоятку командоконтроллера
выводят из положения «0» и устанавливают в положение «I». При этом контакт SA размы-
кается, но остается замкнутым контакт KV1. Через него катушка KV продолжает получать
питание из сети.
При переводе рукоятки в положение «II» схема не изменяется.
При снижении напряжения ниже допустимого якорь реле KV отпадает, все три его
контакта размыкаются.
При размыкании контакта KV1 ток в катушке реле KV пропадает, а при размыка-
нии контактов KV2 и KV3 снимается питание с остальной части схемы управления. Двига
тель отключается от сети и останавливается.
При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ появится только после возврата рукоятки командоконтроллера в нулевое положение. Только тогда замкнется контакт SA, через который снова получит питание катушка реле KV и повторно замкнутся контакты KV1, KV2 и KV3.
. Таким образом, и эта схема исключает автоматическое повторное включение электродвигателя после восстановления напряжения. Пуск возможен только при участии человека ( надо нажать кнопку SB1 «Пуск» ).
Схема нулевой защиты с аварийным выключателем
У электроприводов, управляемых при помощи командоконтроллера, заедание руко
ятки в промежуточном положении может привести к аварии, т.к. электродвигатель не оста
навливается.
Чтобы избежать аварии, в цепь катушки реле напряжения KV включают пакетный выключатель S1 ( рис. 110 ). Этот выключатель называют аварийным или выключателем управления. Выключатели устанавливают на тумбе командоконтроллера сбоку или сверху.
Рис. 108. Схема нулевой защиты с аварийным выключателем S1
При работе этот выключатель постоянно включен, поэтому включено реле напряже
ния KV. Через контакт KV:2 этого реле питание подается на основную часть схемы управ
ления.
В случае возникновения аварийной ситуации оператор ( лебедчик ) выключает S1.
Реле KV теряет питание и размыкает контакты KV:2 и KV:1.
При размыкании контакта KV:2 снимается питание с основной части схемы управ-
ления, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Размыкание контакта KV:1 делает невозможным включение реле KV до тех пор, пока не замкнется контакт SM1 командоконтроллера, т.е. пока не рукоятка командокон-
троллера не будет возвращена в нулевое положение.
После этого реле KV получит питание и можно продолжить работу.
Выключатели управления могут быть одно- или двухполюсными.
Управление 3-фазным асинхронным двигателем с одного и двух постов
Схема управления 3-фазного асинхронного двигателя с одного и двух постов управ
ления приведена на рис. 103.
Силовая часть:
Схема управления:
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода А, В, С. При
этом не образуются какие-либо электрические цепи, например, цепь тока через катушку контактора КМ ( т.к. разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск») или цепь тока через трех-
фазную обмотку статора ( т.к. разомкнуты контакты КМ1…КМ3 ).
Пуск
Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск», её контакты замыкаются и через них
образуется цепь тока катушки контактора КМ:
линейный провод С замкнувшиеся от нажатия на кнопку контакты кнопки SB1
контакты кнопки SB2 катушка контактора КМ - линейный провод В.
Контактор включается и замыкает три главных контакта КМ1…КМ3 и один вспомо
гательный КМ4.
При замыкании главных контактов напряжение сети поступает на обмотку статора,
двигатель начинает вращаться.
При замыкании вспомогательного контакта шунтируется кнопка SB1 «Пуск». Пока
эта кнопка остается нажатой, ток катушки контактора протекает как через ее контакты, так и, параллельно, через контакт КМ4.
Как только контакт КМ4 замкнется, кнопку SB1 можно отпустить, ее контакты
размыкаются, но останется цепь тока катушки КМ через контакт КМ4:
линейный провод С вспомогательный контакт КМ4 контакты кнопки SB2 ка-
тушка контактора КМ - линейный провод В.
Если бы вспомогательный контакт КМ4 отсутствовал, то после отпускания кнопки SB1 «Пуск» ток в катушке КМ исчез, контактор КМ отключился и двигатель остановился.
Иначе говоря, в отсутствие контакта КМ4 двигатель вращался бы только при нажа-
той кнопке SB1 «Пуск» и останавливался при отпускании этой кнопки .
Теперь понятно назначение контакта КМ4 : он оставляет двигатель включенным, если отпустить кнопку SB1 «Пуск».
Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп», ее контакты размыкают-
ся, поэтому катушка КМ теряет питание.
Контактор КМ отключается, при этом размыкаются его главные КМ1…КМ3 и вспо
могательный КМ4 контакты.
При размыкании главных контактов обмотка статора двигателя отключается от се-
ти, двигатель останавливается.
При размыкании вспомогательного контакта КМ4 цепь катушки КМ4 обрывается
во втором месте ( первый обрыв разомкнулись контакты кнопки SB2 ).
Если кнопку SB2 «Стоп» отпустить, ее контакты замкнутся, но останутся разомкну
тыми контакты КМ4, поэтому катушка КМ останется обесточенной.
Таким образом, размыкание контакта КМ4 не позволило восстановить цепь катуш-
ки КМ после отпускания кнопки SB2 «Стоп».
Роль вспомогательного контакта КМ4
Из сказанного выше следует, что контакт КМ4 придал схеме управления свойство
памяти. Теперь схема «запоминает» команды: при нажатии кнопки «Пуск» двигатель
включается, при нажатии кнопки «Стоп» двигатель отключается. Поэтому после нажатия кнопки «Пуск» и включения электродвигателя эту кнопку можно отпустить.
Эта схема ( рис. 103, б ) отличается от рассмотренной выше наличием второго по-
ста управления, состоящего из кнопок SB3 «Пуск» и SB4 «Стоп».
Следует обратить внимание, что контакты обеих кнопок «Пуск» включены парал-
лельно друг другу, а кнопок «Стоп» - последовательно.
Такое включение кнопок позволяет включить двигатель при нажатии любой кноп-
ки SB1 или SB3, и остановить двигатель нажатием кнопки SB2 или SB4.
Местное и дистанционное управление электроприводами. Правила Регистра
Местным называется управление электроприводом при помощи кнопочного поста
управления, находящегося в непосредственной близости от электропривода.
Дистанционным называется управление электроприводом при помощи кнопочно-
го поста управления, находящегося на некотором удалении от электропривода.
Управление с двух постов применяют для электроприводов ответственных прием-
ников электроэнергии рулевых приводов, некоторых насосов и вентиляторов.
Например, по Правилам Регистра, пуск и остановка электродвигателей привода
руля должны осуществляться из румпельного отделения ( местное управление ) и из руле-
вой рубки ( дистанционное управление ).
В некоторых случаях пост дистанционного управления может состоять только из
одной кнопки «Пуск» или «Стоп».
Например, электродвигатели погружных осушительных и аварийных пожарных насосов должны иметь устройства дистанционного пуска, расположенные выше палубы переборок. Значит, пост дистанционного управления состоит из кнопки «Пуск». Этот
пост может находиться в рулевой рубке.
В то же время электродвигатели топливных и маслоперекачивающих насосов и се-
параторов топлива и масла должны отключаться дистанционно из мест, находящихся вне помещений этих насосов и вне шахты машинного отделения, но в непосредственной близости от этих помещений. Такой пост дистанционного управления состоит из кнопки «Стоп». Этот пост обычно располагается в коридоре при входе в машинное отделение.
Такое расположение постов дистанционного управления:
1. сводит к минимуму время, необходимое для включения или отключения электро-
привода ( не надо спускаться в машинное отделение ) и тем самым способствует повыше-
нию живучести судна при затоплении судовых помещений или пожаре в машинном отде-
лении;
2. исключает необходимость нахождения человека в машинном отделении, у поста местного управления, в условиях пожара в этом отделении или его частичного затопле-
ния.
3.3. Схема автоматического пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник
Основные сведения
Пуск двигателя переключением со звезды на треугольник уменьшает пусковой ток в 3 раза. Поэтому этот способ пуска применяют для крупных асинхронных двигателей, прямое включение которых вызывают большие провалы напряжения судовой сети.
Недостатком способа является уменьшение пускового момента в 3 раза, поэтому его применяют в электроприводах, допускающих при пуске уменьшение рабочих парамет-
ров ( у компрессора давления, у насоса подачи и т. п. )
Схема пуска
Схема пуска асинхронного двигателя переключением со звезды на треугольник
приведена на рис. 120.
Рис. 120. Схема пуска асинхронного двигателя переключением со звезды на треугольник
Основные элементы схемы:
1. QS рубильник;
2. QF - автоматический выключатель;
3. М - асинхронный электродвигатель ;
4. FU предохранитель цепей управления;
5. SB1 кнопка «Пуск»;
6. SВ2 - кнопка «Стоп»;
6. KТ - реле времени электромеханическое;
7. КМ1 контактор нулевой точки «звезды»;
8. КМ2 контактор «треугольника».
Выдержка времени электромеханического реле КТ начинается с момента подачи питания на катушку реле.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают рубильник QS1 и автоматический выклю
чатель QF.
Схема готова к работе.
Работа схемы
Для пуска электродвигателя нажимают кнопку SВ1 «Пуск», после чего схема рабо
тает автоматически.
При нажатии кнопки SВ1 включаются реле времени КТ и контактор нулевой точки «звезды» КМ1. Последний соединяет в общую точку выводы С4, С5 и С6 обмотки стато-
ра.
Происходит пуск двигателя при соединении обмотки статора в «звезду»
С этого же момента начинается отсчет выдержки времени реле времени КТ.
Как только эта выдержка закончится, реле КТ переключает свои контакты: верхний размыкается, отключая катушку контактора КМ1, а нижний замыкается, включая контак-
тор «треугольника» КМ2.
Главные контакты КМ2 замыкаются, соединяя попарно выводы С1 и С6, С2 и С4, С3 и С8, тем самым образуя схему «треугольника»
Пуск закончен.
Вспомогательный контакт КМ1 включен в цепь катушки контактора КМ2. Также вспомогательный контакт КМ2 включен в цепь катушки контактора КМ1.
Это сделано для того, чтобы исключить одновременное включение обоих контак-
торов, при котором происходит короткое замыкание в цепи обмотки статора.
3.4. Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя через пусковые резисторы в цепи обмотки статора
Основные сведения
Пуск асинхронного двигателя через пусковые резисторы в цепи обмотки статора предназначен для уменьшения пусковых токов. При прямом пуске ( без резисторов ) пу-
сковой ток превышает номинальный в 4…7 раз, что вызывает большие провалы напряже-
ния судовой сети, а при частых пусках - перегревает обмотки статора и ротора.
Недостатком способа является уменьшение пускового момента вследствие умень-
шения напряжения на обмотке статора , поэтому его применяют в электроприводах, допу-
скающих при пуске уменьшение рабочих параметров ( у компрессора давления, у насоса подачи и т. п. )
Схема пуска
Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя в функции времени
через пусковые резисторы приведена на рис. 121.
Рис. 121. Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя в функции времени через пусковые резисторы
На рис. 121 приняты такие обозначения:
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода А, В, С.
При этом переменное напряжение от фаз В и С поступает на вход выпрямительного
мостика UZ по цепи:
провод С размыкающий контакт КМ1.6 линейного контактора левый вывод мо
стика правый вывод мостика провод В.
На выходе мостика появляется выпрямленное напряжение с полярностью : «плюс»
на верхнем выводе, «минус» на нижнем, вследствие чего через катушку КТ потечет ток по цепи - «плюс» на мостике катушка КТ - «минус» на мостике.
Реле КТ включается и мгновенно размыкает контакт КТ1 в цепи катушки контакто-
ра ускорения КМ2.
Таким образом, в исходном состоянии включено только реле времени КТ.
Работа схемы
Для пуска нажимают кнопку SВ1 «Пуск». Через контакты кнопки получет питание
катушка линейного контактора КМ1.
Контактор включается и замыкает главные контакты в силовой части схемы, вслед-
ствие чего обмотка статора подключается к линейным проводам А, В и С через пусковые резисторы R.
Одновременно переключаются вспомогательные контакты контактора КМ:
но контактор не включается, т.к. в цепи его катушки разомкнут контакт КТ;
чего обесточивается катушка реле времени КТ.
С этого момента начинается выдержка времени реле КТ. Когда выдержка закончит-
ся, реле КТ замыкает свой контакт в цепи катушки контактора ускорения КМ2.
Контактор КМ2 включается и замыкает свои главные контакты, которые шунтиру-
ют пусковые резисторы R.
Двигатель с броском тока переходит на естественную механическую характеристи-
ку и разгоняется до скорости, зависящей от статического момента механизма. Если этот момент равен номинальному, двигатель разгонится до номинальной скорости, если меньше номинального до скорости, большей номинальной, если больше номинального ( что недопустимо ) до скорости, меньшей номинальной.
На практике выдержка времени реле КТ 1…2 сек.
Остановка
Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп». Катушка линейного кон-
тактора КМ1 теряет питание, все 6 контактов контактора ( 3 главных и 3 вспомогатель-
ных ) занимает положение, показанное на схеме.
Двигатель отключается от сети и останавливается.
3.5. Схема автоматического пуска асинхронного двигателя с фазным
ротором через пусковые резисторы в цепи обмотки ротора
Основные сведения
Пуск асинхронного двигателя через пусковые резисторы в цепи обмотки ротора предназначен для уменьшения пусковых токов. При прямом пуске ( без резисторов ) пу-
сковой ток превышает номинальный в 4…7 раз, что вызывает большие провалы напряже-
ния судовой сети, а при частых пусках - перегревает обмотки статора и ротора.
Как известно из курса «Судовые электрические машины», электромагнитный мо
мент асинхронного двигателя прямо пропорционален активной составляющей тока ротора
М = с*I'*cosψ*Ф ≡ I'*cosψ,
Где: с конструктивный коэффициент;
I'- приведенный ток ротора;
ψ- угол отставания тока ротора от э.д.с. обмотки ротора;
Ф магнитный поток;
I'*cosψ- активная составляющая тока ротора.
Поскольку при пуске в ротор вводятся резисторы с большим активным сопротивле
тием, ток ротора получается практически активным, что увеличивает пусковой момент двигателя до необходимого значения.
На судах асинхронные двигатели с фазным ротором нашли ограниченное примене
ние, в основном, в электроприводах грузовых кранов и якорно-швартовных устройст ( бра
шпилей ).
Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя в функции вре
мени через пусковые резисторы
Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя в функции времени
через пусковые резисторы приведена на рис. 122.
Рис. 122. Схема автоматического пуска асинхронного электродвигателя в функции времени через пусковые резисторы
На рис. 122 приняты такие обозначения:
Особенность схемы состоит в том, что для обеспечения выдержки времени к кон-
такторам пристроены маятниковые реле времени.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают автоматический выключатель QF.
После этого схема готова к работе.
Работа схемы
Для пуска нажимают кнопку SВ1 «Пуск». Через контакты кнопки получет питание
катушка линейного контактора КМ1.
Контактор включается и замыкает главные контакты в силовой части схемы, вслед-
ствие чего обмотка ротора подключается к линейным проводам А, В и С через пусковые резисторы.
Одновременно мгновенно замыкается вспомогательный контакт, который шунтиру
ет кнопку SB1 «Пуск», после чего ее можно отпустить.
При этом напряжение подается на обмотку статора двигателя и он начинает вра-
щаться при полностью введенном пусковом реостате на первой искусственной характеритике.
Контакт КМ реле времени, включенный последовательно с катушкой контактора
ускорения КМ1, пока не замкнут он замкнется только через некоторое время.
Как только выдержка времени реле, пристроенного к контактору КМ закончится,
контакт КМ в цепи катушки контактора КМ1 замкнется, вследствие чего контактор К
включится и замкнет два главных контакта КМ1, которые зашунтируют первую ступень пускового резистора R.
Двигатель с броском тока перейдет на вторую искусственную характеристику п
продолжит разгон.
Далее работа схемы повторяется.
Как только выдержка времени реле, пристроенного к контактору КМ1 закончится,
контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2 замкнется, вследствие чего контактор КМ2 включится и замкнет два главных контакта КМ2, которые зашунтируют вторую ступень пускового резистора R.
Двигатель с броском тока перейдет на третью искусственную характеристику и про
должит разгон.
Как только выдержка времени реле, пристроенного к контактору КМ2 закончится,
контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ3 замкнется, вследствие чего контактор КМ3 включится и замкнет два главных контакта КМ2, которые зашунтируют третью и последнюю ступень пускового резистора R.
Двигатель с броском тока перейдет на естественную характеристику и продолжит
разгон до номинальной скорости.
Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп». Линейный контактор К
отключается. При этом размыкаются главные контакты в цепи обмотки статора, вследствие чего двигатель отключается от сети.
Одновременно размыкается вспомогательный контакт КМ, включенный параллель-
но кнопке SB1 «Пуск», вследствие чего отключаются контакторы ускорения КМ1, КМ2 и КМ3.
Схема готова к повторному пуску.
4. Типовые комплектные устройства судовых электроприводов
4.1. Основные сведения
Комплектными называются электротехнические устройства, выполненные в виде
конструктивно законченного изделия и предназначенные для управления электропривода-
ми.
К комплектным устройствам относятся:
1. пусковые и пускорегулировочные реостаты;
2. магнитные пускатели;
3. магнитные станции ( станции управления );
3. магнитные контроллеры.
4.2. Реостаты
Реостатом называют аппарат ручного управления, предназначенный для плавного или ступенчатого изменения под током значений сопротивления резисторов.
Конструктивно в состав реостата, кроме самого резистора, входит переключающее устройство, состоящее из неподвижных контактов и скользящей по ним контактной щет-
ки.
В зависимости от назначения, различают следующие виды реостатов:
1. пусковые для пуска электрических двигателей постоянного и переменного то-
ка;
2. регулировочные для регулирования тока возбуждения двигателей постоянного
тока и генераторов постоянного и переменного тока ( их также называют «реостаты воз-
буждения» и «регуляторы возбуждения» );
3. пускорегулировочные для пуска и регулирования частоты вращения двигате
лей постоянного тока.
Промышленность выпускает реостаты в вид серий.
Электрические схемы пусковых, регулировочных и пускорегулировочных реоста-
тов приведены в источнике: Миронов В.В., «Электрические аппараты», конспект лекций для курсантов высших морских учебных заведений, Херсон, 2005 г., 326 стр.
4.3. Магнитные пускатели
Основные сведения
Магнитный пускатель это комплектный аппарат, предназначенный для дистанци-
онного управления электродвигателями и их защиты.
Магнитные пускатели классифицируют по таким признакам:
Последние предусматривают автоматическое переключение на резервную сеть питания при обесточивании основной.
Нереверсивный магнитный пускатель
Конструктивно нереверсивный магнитный пускатель представляет собой металли-
ческую коробку, внутри которой располагаются следующие аппараты и устройства:
Исполнение корпуса пускателя брызго- или водозащищённое ( соответственно IP23
или IP44 ).
Схема пускателя ( рис.129 ) предусматривает выполнение таких действий:
1. пуск и остановку электродвигателя;
2. защиту электродвигателя.
Поясним действие схемы управления электродвигателем в такой последовательно-
сти:
1. подготовка схемы к работе;
2. работа схемы.
3. действие защит.
Рис. 129. Принципиальная электрическая схема нереверсивного магнитного пускателя
Элементы схемы
На рис. 129 приняты такие обозначения:
в силовой части:
в схеме управления:
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода Л1, Л2 и Л3.
После этого никакие электрические цепи не образуются. Схема готова к работе.
Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск». При этом возникает цепь тока через ка-
тушку линейного контактора КМ:
линейный провод Л2 верхний предохранитель FU размыкающий контакт тепло-
вого реле КК2 катушка КМ размыкающие контакты кнопки SB2 замыкающие контак
ты кнопки SB1 “Пуск” размыкающий контакт теплового реле КК1 нижний предохра-
нитель FU линейный провол Л3.
Контактор включается, при этом:
1. замыкаются главные контакты КМ1...КМ3 в силовой части схемы, вследствие чего двигатель включается в сеть;
2. замыкается вспомогательный контакт КМ4, после чего кнопку “Пуск” можно отпустить.
После отпускания кнопки ток катушки контактора КМ будет протекать через вспо-
могательный контакт КМ4.
Таким образом, этот контакт предназначен для удержания контактора КМ во вклю-
ченном состоянии после отпускания кнопки “Пуск”.
Если по каким-либо причинам этот контакт не пропускает ток, то при нажатии кнопки “Пуск” двигатель включится, а после отпускания отключится.
Остановка
Для остановки электродвигателя нажимают кнопку SB2 “Стоп”. Контакты этой
кнопки размыкаются, поэтому цепь тока через катушку КМ пропадает.
Контактор КМ отключается, при этом:
1. размыкаются главные контакты КМ1...КМ3 двигатель отключается от сети;
Если отпустить кнопку SB2 “Стоп”, ее контакт замкнется. Однако после этого кон-
тактор КМ не включится, т.к. разомкнуты контакт КМ4 и контакт кнопки SB1 Пуск».
Для повторного пуска надо нажать кнопку SB1 «Пуск».
Защиты
Схема предусматривает 2 вида защит:
Под перегрузкой понимают увеличение тока обмотки статора двигателя выше номи
нального. Основная причина перегрузки двигателя состоит в перегрузке механизма.
Например, перегрузка грузовой лебёдки возникает при подъёме груза большего, чем предусмотрено грузоподъёмностью лебёдки.
Защита от токов перегрузки работает так.
При перегрузке тепловое реле КК1 ( или КК2 ) размыкает свой контакт в цепи
катушки линейного контактора КМ.
Контактор КМ отключается, при этом:
1. размыкаются главные контакты КМ1...КМ3 двигатель отключается от сети;
2. размыкается вспомогательный контакт КМ4.
Снижение напряжения приводит к уменьшению вращающего момента и скорости двигателя, вследствие чого увеличивается ток обмотки статора. При глубоких провалах напряжения ( до 60% и менее ) возможны более тяжелые последствия: остановка и стоян-
ка под током электроприводов насосов, вентиляторов и компрессоров, или, что ещё опас-
нее, реверс электродвигателей грузовых лебёдок или брашпилей.
Потому при снижении напряжения до недопустимих значений схемы управления
отключают двигатель от питающей сети.
Защита по снижению напряжения работает так.
При снижении напряжения до 60% и менее якорь контактора КМ отпадает под дей-
ствием пружины или собственного веса, поэтому его главные и вспомогательный контак-
ты размыкаются. Двигатель отключается от сети.
При восстановлении напряжения до 80% и более самопроизвольное включение кон
тактора КМ невозможно, потому что разомкнуты вспомогательный контакт КМ4 и контак
ты кнопки SB1“Пуск”.
Для повторного пуска надо нажать кнопку SB1 ( «Пуск» ).
Таким образом, рассмотренная защита по снижению напряжения исключает автома
тическое повторное включение двигателя после восстановления напряжения. Такая защи-
та называется нулевой.
Реверсивный магнитный пускатель
Схема пускателя ( рис.130 ) предусматривает выполнение таких действий:
2. защиту электродвигателя.
Поэтому он имеет два реверсивных контактора: КМ1 «Вперёд», КМ2 «Назад» и три
кнопки : SB1 «Вперёд», SB2 «Назад» и SB3 «Стоп».
Рис. 130. Принципиальная электрическая схема реверсивного магнитного пускате-
ля
Работа схемы
Для пуска двигателя в направлении «Вперед» нажимают кнопку SB1, при этом включается контактор КМ1 «Вперёд». Далее схема работает так, как в предыдущей схеме.
Для реверса двигателя надо сначала нажать кнопку SB3 «Стоп», и дождавшись остановки электродвигателя, нажать кнопку SB2 «Назад». При этом меняются местами линейные провода А и С, поэтому двигатель реверсирует.
Защиты о токов перегрузки и по снижению напряжения работают так же, как в пре-
дыдущей схеме.
Блокировка одновременного включения реверсивных контакторов
Кроме защит, в схеме предусмотрен узел, исключающий одновременное включе-
ние реверсивных контакторов КМ1 и КМ2.
Такое включение приводит к двойному металлическому короткому замыканию в линии электропередачи.
Действительно, если предположить, что одновременно замкнуты контакты КМ1.1…КМ1.3 контактора КМ1 и КМ2.1…КМ2.3 контактора КМ2, то образуются две па-
раллельные цепи короткого замыкания:
а ) линейный провод А контакт КМ1.1 контакт КМ2.3 линейный провод С;
б ) линейный провод А контакт КМ2.1 контакт КМ1.3 - линейный провод С.
При этом образуется цепь тока короткого замыкания, протекающего через линей
ные провода А и С и далее через фазные обмотки А и С статора синхронного генератора.
При этом возможно повреждение линии электропередачи и обмотки статора генера
тора, а также сваривание контактов, попавших в цепь короткого замыкания, т.е. КМ1.1, КМ2.3 и КМ2.1 и КМ1.3.
Обмотка статора двигателя не повреждается, т.к. ток короткого замыкания протека
ет минуя ее.
Чтобы избежать одновременного включения реверсивных контакторов , в цепь ка-
тушки контактора КМ1 «Вперёд» включают размыкающие контакты КМ2:5 контактора КМ2 «Назад», и наоборот, в цепь катушки контактора КМ2 включают размыкающие контакты КМ1:5 контактора КМ1 «Вперед».
Теперь при включенном, например, контакторе «Вперед» случайное нажатие кноп
ки SB2 «Назад» не приведёт к включения контактора КМ2 «Назад», поскольку в цепи его катушки разомкнут вспомогательный контакт КМ1:5 контактора «Вперед».
Аналогично работает схема при включенном контакторе «Назад».
Описанная электрическая блокировка дополняется механической, при помощи ко-
ромысла, поворачивающегося на оси. Если один из контакторов включён, его якорь пере
мещается и поворачивает коромысло в положение, в котором якорь другого контактора заклинен.
Промышленные типы магнитных пускателей
Промышленность выпускает магнитные пускатели переменного тока серий ПМГ1000, ПМТ1000, ПММ и постоянного тока серий ПП1000…ПП5000.
На судах применяются магнитные пускатели серии ПММ, рассчитанные на переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 380 В.
Втягивающие катушки пускателей рассчитаны на номинальные напряжения 127, 220 и 380 В переменного тока.
Режимы работы пускателей продолжительный ( S1 ), кратковременный ( S2 ) и
повторно-кратковременный ( S3 ) с частотой включений до 600 в час при ПВ = 40%.
Условные обозначения типоисполнений пускателей ПММ */**/***/****/ расшифровываются так:
ПММ пускатель магнитный морской;
*/ : 1 - первая величина, номинальный ток 25 А; 2 - вторая величина, номинальный ток 50 А; 3 третья величина, номинальный ток 100 А; 4 - четвертая величина, номиналь
ный ток 150 А;
**/ : исполнение по роду защиты от воздействия окружающей среды: 0 открытое;
1 брызгозащищенное; 2 водозащищенное;
***/: исполнение по направлению вращения электродвигателя: 1 нереверсивный; 2 реверсивный;
****/: исполнение по наличию в пускателе дополнительных элементов: 0 без дополнительных элементов; 1 с предохранителями; 2 с кнопками управления; 3 с кнопками управления и пакетным переключателем; 4 - с предохранителями и пакетным переключателем.
Пример.
Условное обозначение типоисполнения пускателя ПММ 2213 расшифровывается так:
ПММ 2213 магнитный пускатель морской второй величины ( номинальный ток 50 А ), водозащищенный, нереверсивный, с кнопками управления и пакетным переключа-
телем.
4.4. Станции управления и магнитные контроллеры
Станцией управления ( магнитной станцией ) называют комплект релейно-контак-
торной аппаратуры, собранный на общем основании и установленный в металлическом ящике.
Магнитным контроллером называется электротехническое устройство, состоящее из станции управления и командоконтроллера.
Станции управления и магнитные контроллеры широко применяют для управления электроприводами постоянного и переменного тока различных судовых механизмов.
Например, станции управления переменного тока типов ПМХ5300 и ПМХ5100 предназначены для управления 3-фазными асинхронными двигателями с короткозамкну-
тым ротором с номинальными токами от 90 до 650 А.
В зависимости от типа, они выполняют следующие функции:
1. прямой пуск двигателя или пуск переключением со звезды на треугольник;
2. реверс двигателя.
Для управления станциями служат кнопочные посты управления, встроенные в корпус станции ( местное управление ) или находящиеся вне его ( дистанционное управле
ние ). В нереверсивных станциях используются кнопки «Пуск» и «Стоп», в реверсивных
«Вперед», «Назад» и «Стоп».
При выборе станции управления или магнитного контроллера для конкретного
вида электропривода следует учитывать такие факторы:
нескольких скоростей, регулирование скорости в требуемых пределах, электрическое тор
можение и экстренная остановка, различные виды защиты и т.п. );
продолжительный S4, кратковременный S2, повторно-кратковременный S3, степень защи
щености от воздействия окружающей среды: брызго- ( IP23 ) и водозащищенные ( IP46 ).
Контрольные вопросы
1. Какие способы пуска ДПТ применяют в САЭП? В чем состоит основной недоста
ток прямого способа пуска ТАД?
2. Нарисуйте схему реостатного пуска ДПТ и объясните процесс пуска при помощи электромеханических характеристик ДПТ
3. Каковы основные особенности системы Г Д? Для каких САЭП она применяет-
ся?
4. Каковы особенности системы двойного рола тока УВП ДПТ? Каким образом регулируется скорость ДПТ в таких системах? Что такое инверсный режим работы ДПТ в этой системе?
5. В чем особенности регулирования скорости ДПТ изменением сопротивления це-
пи обмотки якоря? Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики и объясните процесс регулирования скорости этим способом. Для каких САЭП он применя-
ется?
6. Каковы особенности регулирования скорости ДПТ ослаблением магнитного потока? В каких САЭП и для чего применяется этот способ регулирования?
7. Для чего в САЭП используется электрическое торможение? Какие виды электри-
ческого торможения ДПТ применяется в САЭП и для чего?
8. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ДПТ при дина
мическом торможении и с их помощью объясните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
9. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ДПТ при реку-
перативном торможении и с их помощью объясните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
10. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ДПТ при тор-
можении противовключением с активным статическим моментом и с их помощью объяс-
ните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможе-
ния?
11. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ДПТ при тор-
можении противовключением с реактивным статическим моментом и с их помощью объя
сните процесс торможения. Почему этот способ торможения не применяется в САЭП ?
12. Перечислите возможные способы реверса ДПТ. Объясните, почему при перебро
ске концов питающей сети реверс не происходит
13. Какие способы пуска ТАД применяют в САЭП? Объясните особенности каждо-
го способа пуска
14. Нарисуйте схемы пуска ТАД при пониженном напряжении и объяснте работу каждой из них
15. Объясните физические процессы, происходящие при пуске ТАД с улучшенны-
ми пусковыми свойствами: с повышенным скольжением, глубокопазных, двухклеточных и с фазным ротором
16. Какие способы регулирования скорости ТАД применяются в САЭП? Назовите область применения каждого их них
17. Нарисуйте механические характеристики и объясните особенности регулирова-
ния скорости ТАД изменением частоты тока питающей сети, В каких типах САЭП этот
способ применяется?
18. Нарисуйте механические характеристики и объясните особенности регулирова-
ния скорости ТАД изменением активного сопротивления цепи фазного ротора. В каких типах САЭП этот способ применяется?
19. Нарисуйте механические характеристики и объясните особенности регулирова-
ния скорости ТАД изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора со звезды на двойную звезду. В каких типах САЭП этот способ применяется?
20. Нарисуйте механические характеристики и объясните особенности регулирова-
ния скорости ТАД изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора с треугольника на двойную звезду. В каких типах САЭП этот способ применяется?
21. В чем сходство и отличие энергетических параметров ТАД ( скорости, момента, мощности ) двух способов регулирования скорости изменением числа пар полюсов:
а ) переключением обмотки статора со звезды на двойную звезду;
б ) переключением обмотки статора с треугольника на двойную звезду?
22. Нарисуйте механические характеристики и объясните особенности регулирова-
ния скорости ТАД изменением напряжения на обмотке статора. В каких типах САЭП этот способ применяется?
23. Что такое «опрокидывание» ТАД? При каком условии оно наступает?
24. Каковы последствия опрокидывания ТАД при реактивном статическом момен-
те? При активном статическом моменте?
25. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ТАД при дина
мическом торможении и с их помощью объясните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
26. Нарисуйте механические характеристики ТАД при переходе с большей скоро-
сти на меньшую и с их помощью объясните процесс рекуперативного торможения. В ка-
ких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
27. Нарисуйте электрическую схему и механические характеристики ТАД при спу-
ске тяжелого груза и с их помощью объясните процесс рекуперативного торможения. В ка
ких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
28. Нарисуйте механические характеристики ТАД при торможении противовключе
нием с активным статическим моментом и с их помощью объясните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
29. Нарисуйте механические характеристики ТАД при торможении противовключе
нием с реактивным статическим моментом и с их помощью объясните процесс торможе-
ния. Почему этот вид торможения в САЭП не применяется?
30. Нарисуйте механические характеристики ТАД при однофазном торможении и с их помощью объясните процесс торможения. В каких САЭП и для чего применяется этот способ торможения?
31. Нарисуйте схемы реверса 1-, 2- и 3-фазных ТАД и объясните их работу.
32. По каким основным признакам и как именно классифицируются электрические аппараты?
33. Что такое кнопочный пост управления? Сколько отдельных кнопок могут иметь
отдельные кнопочные посты?
ются такие кнопки?
ной
Как ими пользоваться?
38. Как устроены нажимные, рычажные и шпиндельные выключатели? Где они применяются? В чем состоит разница между путевыми и конечными выключателями?
39. Что такое контроллер? В чем состоит разница между контроллером и командо-
контроллером?
40. Для чего предназначены и как классифицируются контакторы?
41. Какие системы относятся к основным у контакторов постоянного и переменно
го тока?
такторов? Объясните устройство и принцип действия пальцевых и мостиковых контактов
ных аппаратов и объясните их работу
45. Для чего предназначена, как устроена и работает электромагнитная система контакторов? Почему у контакторов перменного тока такая система набирается из отдель-
ных листов электротехнической стали?
46. Чем отличаются поворотные якоря контакторов от прямоходовых?
47. Объясните назначение, устройство и принцип действия короткозамкнутого
витка контакторов переменного тока? К каким последствиям приведет повреждения вит-
ка, например, образование в нем трещины?
мы контакторов переменного тока?
мы контакторов постоянного тока?
50. Что такое «магнитное дутье»? Каков механизм действия дугогасительных ка-
мер?
51. Для чего предназначены и как устроены реле напряжения? Как регулируется уставка этих реле?
52. Для чего предназначены и как устроены промежуточные реле?
53. Для чего предназначены и как устроены реле электромеханические, электро-
магнитные и пневматические реле времени? Как регулируется уставка этих реле?
54. Нарисуйте шесть типов контактов реле времени и объясните их работу. Что такое «правило парашюта»?
55. Каковы назначение, устройство и принцип действия герконов? В каких САЭП
они применяются?
56. В чем состоит разница между токовыми и температурными электротепловыми реле?
57. Объясните назначение, устройство, принцип действия и токо-временную харак
теристику токового электротеплового реле. Как регулируется уставка этого реле?
го электротеплового реле. Какие типы полупроводниковых приборов применяются в та-
ких реле? Как регулируется уставка таких реле?
ктроэнергии от токов короткого замыкания? Какие защитные устройства предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания?
лируется уставка таких реле?
ройство и принцип действия центробежного и индукционного реле скорости. Как регули
руется уставка этих реле?
уровня. Как регулируется уставка этого реле?
63. Как работает ленточное тормозное устройство? Кто из членов экипажа отвеча
ет за исправное техническое состояние устройства? В каких САЭП оно применяется?
ройства ( на примере электромагнитного дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3 )? Каким образом регулируется воздушный зазор? Как поступить, если судно обесточено, а груз надо опустить на палубу?
64. Как устроен и работает колодочный тормоз с электромагнитным приводом? В каких САЭП он применяется?
65. Объясните назначение, устройство и принцип действия электрогидравлическо-
го толкателя ( на примере толкателя типа ТГ )?
66. Каким образом классифицируются режимы работы ЭП? Чем отдичаются друг от друга режимы S1, S2 и S3? Приведите примеры САЭП, работающих в этих трех режи-
мах
67. Что произойдет, если для насоса забортной воды ГД выбрать электродвигатель с режимом работы S2?
68. Что произойдет, если для электропривода брашпиля выбрать электродвигатель с режимом работы S1?
69. Перечислите классы изоляции обмоток электрических машин и соотаетствую-
щие им предельные значения температуры нагрева обмоток
щих в ее состав
дящих в его состав
2.3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ
1. Рулевые электроприводы
1.1. Общая характеристика рулевых электроприводов
Управляемость является одним из важнейших качеств современного судна. Она может быть обеспечена различными способами и средствами:
Нередки случаи совместного использования некоторых из названных устройств.
На морских транспортных судах основным средством обеспечения активного маневрирования объекта являются кормовые рули, перекладка которых осуществляется посредством электропривода.
Маневренные качества объекта, включающего в себя комплекс: корпус - руль - винты могут быть полностью реализованы только при надлежащей работе привода руля и системы управления.
Рулевой электропривод является наиболее ответственным электроприводом на судне. От его безотказного и качественного действия зависит безопасность мореплавания, сохранность судна, экипажа и груза. Это обстоятельство определяет необходимость наибо
лее жестких требований к рабочим характеристикам привода как при проектировании и комплектации, так и в регламентных мероприятиях по поддержанию сохранности этих характеристик в процессе эксплуатации.
1.2. Принцип действия руля
При установившемся прямолинейном движении судна руль, находящийся в диамет
ральной плоскости, испытывает с обеих сторон одинаковое давление набегающих струй воды.
Рис. 10.1. Силы, действующие на судно при отклонении руля
При отклонении руля на угол α (рис. 10.1 ) равновесие нарушается. На поверхно-
сти пера руля, обращенной к набегающему потоку, силы давления увеличиваются.
Поле давления может быть представлено равнодействующей силой R, приложен-
ной в центре давления. Направление действия силы R в первом приближении удобно считать нормальным относительно плоскости пера руля.
Равнодействующая сила R может быть разложена на дне составляющие х и y по взаимно перпендикулярным осям, одна из которых располагается по линии курса судна, а другая - нормально к ней.
Поместим в центр тяжести судна - в точку О - две взаимно уравновешивающиеся силы у1 и у2, равные и параллельные боковой силе у.
Силы у1 и у составляют пару сил, плечо которой примерно можно считать равным половине длины судна L. Они образуют момент, поворачивающий судно в сторону перекладки руля
Мпов = у ( 10.1 ),
Этот момент и определяет поворот судна при отклонении руля.
Сила у2, называемая силой дрейфа, сносит судно боком во внешнюю сторону описываемой им дуги и создает из-за наличия метацентрической высоты крен судна.
Сила х создает дополнительное сопротивление движению судна ( тормозит его ).
Таким образом, задача поворота судна сводится к перекладке пера руля в необходимую сторону на угол, определяющий нужную эффективность управляющего воздействия.
Обобщенная сила R одновременно создает противодействующий момент на баллере руля, который является нагрузкой для электропривода.
1.3. Состав рулевого электропривода
Угловое перемещение руля, необходимое для поворота судна, осуществляет-
ся с помощью силового электропривода.
Электроприводом производится перекладка руля, его остановка, реверсирование, регулирование скорости и т. д. В состав рулевого электропривода входит исполнительный электродвигатель ИД, передаточный механизм (рулевая машина) РМ, система управления рулем , система контроля ( 10.2 ).
Рис. 10.2. Структурные схемы управления судном:
а с использованием РЭМ-привода; б - с использованием РЭГ-привода;
I ручное управление; II автоматическое управление; III управляющая программа; IV изготовка; С судно; Р руль; ПУ пост управления рулем; У -
усилитель; ИД иполнительный двигатель; ИМ исполнительный механизм
( насоса в электрогидравлических рулевых машинах ); Н насос переменной или постоянной производительности ( в электрогидравлических рулевых машинах); РМ рулевая машина; СРУ счетно-решающее устройство ( навигационный комплекс ); А аксиометр ( рулевой указатель ); К репитер гирокомпаса
( сельсин-приемник гирокомпаса )
На рис. 10.2 показана общая структурная схема управления судном, где выходными звеньями являются руль Р и судно С.
Система управления включает в себя следующие элементы:
Основной пост располагается в рулевой рубке. Он имеет переключатели для
перехода на предусмотренные виды ручного или автоматического управления рулем и элементы контроля исправного состояния наиболее важных звеньев привода;
2. У усилитель.
Усилитель может быть линейный, полупроводниковый, релейный, электромашинный (генератор с приводным электродвигателем), магнитный, гидравлический, комбинированный;
3. СРУ - счетно-решающий судовой навигационный комплекс, вырабатывающий алгоритм управления, автоматически контролирующий выполнение маневров в соответствии с заданной навигационной программой.
Наиболее часто используются системы стабилизации судна на прямом курсе, где СРУ вырождается в систему автоматического регулирования по отклонению курсового угла.
Все элементы такой системы комплектуются в колонке основного поста управления.
Рис. 10.2, а характеризует структуру рулевого электромеханического (РЭМ) привода Здесь перекладка руля производится непосредственно исполнительным двигателем, который работает в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками и торможениями.
На рис. 10.2, б представлена общая структура рулевого электрогидравлического (РЭГ) привода, где ИД вращает с постоянной скоростью насос Н. Управление рулем производится посредством сервомеханизма ИМ, изменяющего подачу масла на гидравлическую рулевую машину РМ.
Система контроля служит для проверки исполнения задания (действия) по перекладке руля и результатов его воздействия на судно. В систему контроля входит рулевой указатель - аксиометр А, позволяющий определить положение пера руля относительно диаметральной плоскости, и репитер гирокомпаса К, показывающий курс судна и его изменение. В современных рулевых приводах информационные приборы контроля встраиваются в пост управления.
1.4. Классификация рулевых электроприводов
Используемые на транспортных судах рулевые электроприводы отличаются большим многообразием. Это связано с конструктивными особенностями рабочего органа, режимом работы основного электрооборудования, видом механических связей между исполнительным электродвигателем и рулем, степенью автоматизации управления и т. д.
Ниже приводится разделение рулевых электроприводов по группам в соответствии со следующими основными признаками:
Руль определяет не только управляемость судна, но и нагрузку рулевого электропривода и возможные режимы его работы.
На морских транспортных судах в качестве кормовых рулей в настоящее время чаще используются обыкновенные рули, которые разделяются по таким признакам:
а ) по форме пера и степени компенсации:
б ) по профилю руля:
1. пластинчатые;
2. удобообтекаемые ( профильные ).
Профильность руля сравнительно мало влияет на нагрузочные характеристики привода, но является важным элементом, улучшающим ходкость судна, уменьшая общее сопротивление его движению.
Компенсация руля используется для общего уменьшения момента на баллере, что облегчает условия работы рулевого электропривода.
Вместе с тем при компенсированном руле ограничивается количество точек закрепления пера руля, что снижает прочность и надежность рулевого комплекса.
Поэтому на судах ледового плавания, ледоколах стремятся применять простые рули, ось вращения которых проходит по передней кромке, что обеспечивает возможность увеличения числа подшипников на рудерпосте для создания наиболее прочного подвижного сочленения.
исполнительным двигателем (ИД).
Вид передаточного механизма определяет характер работы рулевого ИД, степень его энергетического использования и особенности электрифицированной системы управления.
Рулевые электромеханические (РЭМ) приводы - секторные, редукторные. В них рулевой ИД жестко через кинематический механизм связан с баллером руля.
Управление перекладкой производится непосредственным включением и отключением двигателя, характер работы которого прерывистый.
Регулирование перекладки производится посредством изменения частоты вращения рулевого ИД.
Рулевые электрогидравлические ( РЭГ ) приводы. В них рулевой ИД непрерывно вращает насос, от которого при необходимости перекладки происходит управляемая подача рабочей жидкости на гидравлическую рулевую машину.
В настоящее время используются рулевые машины плунжерные, лопастные, с качающимися цилиндрами.
В зависимости от принятого принципа регулирования подачи масла на рулевую машину (объемного или дроссельного) применяются насосы переменной или постоянной подачи.
Для более мощных систем характерен объемный принцип регулирования, осуществляемый посредством специального электрического или электромеханического сервопривода.
В кинематике сервопривода для целей эффективности регулирования подачи масла насосом применяются: рычажные, кулачковые и электрические дифференциалы.
При дроссельном регулировании подача масла происходит включением золотника с ручным или электромагнитным приводом.
Таким образом, в РЭГ-приводах регулирование перекладки руля происходит на гидравлической стороне механизма передачи при постоянном вращении вала исполнительного электродвигателя. В качестве последних применяются наиболее простые и дешевые асинхронные машины с короткозамкнутым ротором. Управление ими заключается только в дистанционном пуске при изготовке рулевого приводя к действию.
на приводы:
Простое действие или управление по времени.
При простом управления в качестве органов управления используют кнопки «Лево руля», «Право руля» или вертикально расположенный рычаг управления ( «джостик» ).
Руль перекладывается все то время, пока нажата одна из кнопок или рычаг выведен из нейтрального положения ( наклонен в нужную сторону ). Перекладка прекращается, если отпустить кнопку или вернуть рукоятку поста в исходное - нулевое положение. Отсюда название управление по времени.
Об угловом состоянии руля в каждый момент времени судят по рулевому указателю - аксиометру.
Таким образом, простое управление является неавтоматизированным.
Следящее действие или управление по пути.
При следящем управления в качестве органа управления используют штурвал поста управления в рулевой рубке.
При повороте штурвала на определенный угол в необходимую сторону ( влево или вправо относительно нулевого положения ) перо руля повернется на такой же ( или пропорциональный ) угол и автоматически остановится.
Иначе говоря, перо руля повторяет поворот штурвала, как бы следит за движением штурвала, отсюда название следящее управление.
При этом угол поворота пера руля тем больше, чем больше угловое расстояние ( путь ) , описанное штурвалом, отсюда второе название управление по пути.
Из сказанного следует, что у каждому положению штурвала после отработки соответствует определенное положение руля.
Таким образом, следящее управление является полуавтоматическим на первом этапе управления участвует человек ( поворачивает вручную штурвал ), на втором - используются элементы автоматики ( сельсин-датчик руля в румпельном отделении ), обеспечивающие автоматическую ( без участия человека ) остановку руля.
Аксиометр является средством дополнительного контроля положения руля.
Автоматическое действие. Рулевой привод обеспечивает выполнение заданной программы перемещения судна. В частном, наиболее простом случае, решается задача стабилизации судна на прямом курсе.
В качестве органов управления используются элементы автоматики: сельсины-трансформаторы ( поста управления в рулевой рубке, пера руля в румпельном отделении, насоса Холла в исполнительном механизме ), тахогенераторы и др. .
Принципиально рулевые электроприводы могут комплектоваться для работы как
от сети переменного, так и от сети постоянного тока.
В рулевых электромеханических приводах ( РЭМ-приводах или секторных ) широко используется система генератор - двигатель.
При формировании управляющего сигнала в автоматическом и следящем режимах в современных схемах предпочтительнее применяются элементы переменного тока
( сельсины-трансформаторы, магнитные усилители и т.п. ).
2. Электромеханические передачи
Обычно применяют механические приводы трех типов: винтовые, секторные и штуртросовые. На морских судах основное применение получили секторные передачи (рис. 10.3 ).
Рис. 10.3. Рулевой электропривод с секторной передачей
Электродвигатель 1 через червяк 2 и червячное колесо 3 вращает цилиндрическую шестерню 5, входящую в зацепление с зубчатым сектором 6. Сектор надет на верхнюю часть баллера руля 8 и свободно на нем поворачивается влево и вправо от диаметральной, плоскости на 35-40°.
Ниже сектора на баллер надет и закреплен шпонкой румпель 7, который соединен с сектором двумя буферными пружинами 4, играющими роль амортизаторов. Они защища-
ют механизм от динамических усилий, возникающих при ударах волн о перо руля.
Аварийный ручной привод руля выполнен при помощи штурвальных колес 13, враща
ющих вертикальный вал, на котором находится шестерня 14. Маховичком 15 ее вводят в зацепление с малым сектором 12, соединенным с баллером шпонкой.
Румпель можно закрепить неподвижно в любом положении стопорными колодка-
ми 10, прижимаемыми к ее секторной части винтом 9 с рукояткой-трещоткой 11. Это бывает нужно в случае выхода из строя рулевою механизма.
Червячная пара - самотормозящаяся, так как КПД ее равен 0,5. Эта непременная особенность рулевых приводов вызвана необходимостью удержать руль, переложенный на борт во время движения судна в том положении, в каком он оказался после остановки ЭД.
Передаточное число для секторных приводов находится в пределах 1500-2500. Об-
щий КПД передачи обычно составляет 0, 4…0,5, а мощность рулевого ЭД не превышает 70 кВт.
Секторные передачи распространены на судах среднего и малого водоизмеще-
ния.
3. Электрогидравлические передачи
3.1. Основные сведения
Увеличение водоизмещения и скорости судов требует увеличения моментов на бал
лере рулей. Значения моментов для больших современных судов измеряется тысячами и десятками тысяч килоньютоно метров ( кН*М ). Например, на японских сепертанкерах дедвейтом 500 тыс. т максимальный момент на баллере достигает 10 000 кН*м.
При таких значениях моментов механические ( секторные ) передачи становятся громоздкими и неэффективными из-за значительных затрат энергии.
Поэтому на современных судах применяют гидравлические рулевые машины, которым присущи следующие достоинства:
2. плавное и точное регулирования привода;
3. малые вес и размеры.
Эти достоинства позволили разработать гидравлические рулевые машины с не-
большими моментами на баллере и тем самым вытеснить механические рулевые маши-
ны.
Промышленность выпускает гидравлические рулевые машины в виде типизирован-
ного ряда с номерами Р01-Р36, причем рулевые машины типов Р01…Р10 имеют насосы постоянной подачи, а остальные рулевые машины насосы регулируемой подачи ( табли
ца 10.1. ).
Таблица 10.1.
Технические характеристики гидравлических рулевых машин типизировано-
го ряда
Тип |
Число рулей |
Число насосов |
Число ци- линдров |
Номиналь- ный крутя- щий момент, кН*м |
Давление масла в цилинд- рах, МПа |
Мощность электродвигателя насоса, кВт |
Масса рулевой маши-ны, кг |
Насосы постоянной подачи |
|||||||
Р01 |
1 |
1 |
2 |
6,2 |
6,8 |
0,7 |
650 |
Р02 |
2 |
1 |
2 |
6,2 |
9,8 |
0,7 |
660 |
Р03 |
1 |
1 |
2 |
9,8 |
6,8 |
0,7 |
770 |
Р04 |
2 |
1 |
2 |
9,8 |
9,8 |
0,7 |
790 |
Р05 |
1 |
1 |
2 |
15,7 |
6,8 |
2,2 |
940 |
Р06 |
2 |
1 |
2 |
15,7 |
9,8 |
2,2 |
890 |
Р07 |
1 |
1 |
2 |
24,5 |
6,8 |
2,2 |
1140 |
Р08 |
2 |
1 |
2 |
24,5 |
9,8 |
2,2 |
1140 |
Р09 |
1 |
1 |
2 |
39,2 |
6,8 |
3,2 |
1630 |
Р10 |
2 |
1 |
2 |
39,2 |
9,8 |
3,2 |
1705 |
Насосы переменной подачи |
|||||||
Р11 |
1 |
1 |
2 |
61,8 |
9,8 |
8 |
2690 |
Р12 |
2 |
1 |
2 |
61,8 |
9,8 |
8 |
2620 |
Р13 |
1 |
1 |
2 |
9,8 |
9,8 |
8 |
3230 |
Р14 |
2 |
1 |
2 |
9,8 |
9,8 |
8 |
3350 |
Р15 |
1 |
2 |
4 |
157 |
9,8 |
11 |
5000 |
Р16 |
1 |
2 |
4 |
245 |
9,8 |
18 |
6750 |
Р17 |
1 |
2 |
4 |
392 |
9,8 |
27 |
12100 |
Р18М1 |
1 |
2 |
4 |
620 |
9,8 |
40 |
14250 |
Р21М1 |
1 |
2 |
4 |
1950 |
9,8 |
65 |
25400 |
Р22 |
1 |
2 |
4 |
1570 |
9,8 |
95 |
28200 |
Р24 |
1 |
2 |
4 |
2500 |
9,8 |
60 |
- |
Р26 |
2 |
2 |
2 |
620 |
9,8 |
8 |
- |
Р36 |
1 |
2 |
4 |
1200 |
9,8 |
55 |
- |
Примечание:
1 кН*м = 100 кгс*м = 0,1 Т*м ( тонно-метр );
1 МПа = 10 кгс/ см= 10 at ( at техническая атмосфера ).
3.2. Насосы гидравлических рулевых машин
Подача масла для работы рулевой машины осуществляется от специального насоса, который вращается непрерывно исполнительным электродвигателем.
В зависимости от возможности регулирования подачи, насосы рулевых машин делятся на два вида:
Вид используемого насоса определяет качественные особенности всей схемы
управления рулем.
3.3. Насосы постоянной подачи
Насосы постоянной подачи бывают трех видов:
1. шестеренчатые;
2. роторно-шиберные;
3. червячные.
На судах чаще всего используются шестеренчатые насосы ( рис. 10.4 )
Рис. 10.4. Шестеренчатый насос типа Р3-30:
1 корпус; 2, 23 шестерни на ведущем роторе с правой и левой нарезкой;
3, 6 установочные кольца; 4, 8 винты для закрепления установочных колец 3 и 6; 5 задняя крышка насоса; 7, 22 шариковые подшипники; 9, 10 - шестерни на ведомом роторе с правой и левой нарезкой; 11, 13 валы ведомого и ведущего роторов; 12 передняя крышка насоса; 14 прилив коруса; 15 подпятник чугунный; 16 амортизаторы резиновые; 17 крышка чугунная; 18 пята; 19, 20
кольца резиновое уплотняющее и стальное упорное; 21 пружина.
Насос Р3-30 одоступенчатый двухшестеренный насос с нижним расположением ведущего ротора.
К основным его деталям относятся:
1. чугунный корпус 1;
2. ведущий ротор 13;
3. ведомый ротор 11;
4. передняя крышка 12;
5. задняя крышка 5.
Ведущий ротор 13 представляет собой стальной вал, на котором шпонкой закреплены две шестерни с косым зубом с левой нарезкой 23 и правой нарезкой 2.
На вал ведомого ротора 11 насажены такие же шестерни 9 и 10, из которых шестерня 9 закреплена шпонкой, а шестерня 10 сидит свободно, что дает ей возможность самоустанавливаться.
От осевого смещения шестерни 9 и 2 предотвращаются установочными кольцами 3 и 6, закрепленными винтами 4 и 8.
Каждая пара шестерней, силящих на одном валу, образует шевронную шестерню.
Роторы насоса опираются на шариковые подшипники 7 и 22, которые смазываются
как и другие трущиеся детали, перекачиваемой жидкостью.
Детали торцевого уплотнения вала ведущего ротора расположены в приливе 14 корпуса. В него входят пята 18, чугунный подпятник 15 с резиновыми амортизаторами 16, два кольца стальное упорное 20 и резиновое уплотняющее 19, пружина 21 и чугунная крышка 17.
При работе насоса, когда его ведущие шестерни 2 и 23 вращаются по часовой стрелке, нагнетание жидкости происходит в направлении справа налево.
Для предотвращения повышения давления в нагнетательной полости сверх допустимого в верхней части насоса предусмотрен предохранительно-перепускной клапан ( он хорошо виден на левой проекции рисунка ).
3.4. Насосы переменной подачи
Насосы переменной подачи предназначены:
1. для создания необходимого рабочего давления в гидравлической системе рулевых машин,
2. для изменения скорости и направления перекладки пера руля.
В зависимости от принципа действия, насосы переменной подачи делятся на два вида:
Радиально-поршневые насосы часто называют насосами Холла, по имени изобрета-
теля этого вида насоса переменной подачи
. Устройство радиально-поршневого насоса
Устройство насоса Холла показано на рис. 10.5.
Рис. 10.5. Принцип действия радиально-плунжерного насоса регулируемой подачи ( насоса Холла ):
1 барабан; 2 нижняя полость насоса; 3 плунжер; 4 цилиндр; 5 верх
няя полость насоса; 6 ползун; 7 корпус насоса; 8 манипулятор;
а ) исходное положение барабана;
б ) барабан смещен влево, полость 5 нагнетательная, полость 2 всасывающая; в ) барабан смещен вправо, полость 2 нагнетательная, полость 5 всасываю-
щая.
В неподвижном корпусе насоса 7 асинхронным двигателем вращается звездообразный ротор. Он состоит из 5…11 радиально расположенных цилиндров. На рис. 10.5 показан ротор с семью цилиндрами 4.
Внутри каждого цилиндра есть плунжер ( поршень ) 3, связанный шарнирно с ползуном 6. При вращении ротора ползуны скользят по внутренней поверхности барабана 1.
Этот барабан не вращается, но может перемещаться влево или вправо при помощи специального рычага манипулятора 8. При этом ось ротора остаётся на месте ( напомним, что ротор насоса вращается приводным асинхронным двигателем ) .
Полость ротора разделена перегородкой на верхнюю 5 и нижнюю 2 части. Каждая часть соединена магистралями с трубопроводами «а» и «б» рулевой гидравлической маши
ны ( см. ниже рис. 10.9. Принципиальная схема гидравлической рулевой машины ).
Принцип действия насоса
В исходном состоянии ось ротора и ось барабана совпадают ( рис. 10.5, а ).
Смещение оси барабана 1 по отношению к оси ротора называют эксцентриситетом и обозначают греческой буквой ε ( эпсилон ). На практике ε = 15…20 мм.
Поскольку в исходном состоянии оси ротора и барабана совпадают, ε = 0.
При этом плунжеры 3 вращаются вместе с цилиндрами 4, не перемещаясь радиально внутри последних.
Объём масла внутри каждого из цилиндров 4 одинаков, поэтому давление масла в полостях 5 и 2 равно нулю. На рис. 10.8 эти объемы, заполненные маслом, зачернены.
Если при помощи манипулятора 8 сместить барабан 1, например, влево ( рис. 10.5, б ), то возникнет эксцентриситет ε > 0.
При этом плунжеры цилиндров, находящиеся выше горизонтальной оси ( изображена пунктиром ), станут перемещаться внутри своих цилиндров по направлению к центру ротора, вытесняя масло внутрь верхней полости 5 и, далее, в магистраль «а». Эта магистраль станет нагнетательной.
В то же время плунжеры цилиндров, расположенные ниже горизонтальной оси, под действием центробежных усилий, станут перемещаться в направлении от центра ротора, а образующиеся под ними пустоты станут заполняться маслом из нижней полости 2.
В результате в этой полости давление упадёт, поэтому магистраль «б» станет всасывающей.
Вследствие этого рулевая машина начнёт поворачивать перо руля в направлении против часовой стрелки.
Если манипулятором сместить барабан 5 вправо ( рис. 10.5, в ), то, рассуждая аналогично, можно показать, что полость 5 станет всасывающей, а полость 2 нагнетательной.
При этом руль повернётся в обратную сторону.
Чем больше эксцентриситет, тем больше ход плунжеров и тем больше объём масла ( подача ), перемещаемого в цилиндрах насоса и магистралях рулевой машины. Значит, тем больше скорость перекладки руля.
Из сказанного следует, что насос Холла имеет две особенности:
другой борт ( реверсу );
изменению скорости перекладки руля.
Для дистанционного управления манипулятором применяют электромеханические или электрогидравлические передачи, называемые исполнительным механизмом ( ИМ ).
При ручном ( аварийном ) управлении манипулятор перемещают вручную при помощи рукоятки снаружи корпуса ИМ, по командам с мостика.Угол поворота пера руля контролируют по указателю положения пера руля, расположенному в румпельном отделении ( второй указатель находится в рулевой рубке на мостике )
Аксиально-поршневые насосы
Аксиально-поршневой насос регулируемой подачи изображен на рис. 10.6.
Рис. 10.6. Аксиально-поршневой насос регулируемой подачи:
а кинематическая схема; б схема работы насоса
На рис. 10.6 изображены:
Гидравлическая система аксиально-поршневого насоса ( рис. 10.6, а) включает следующие элементы: основной насос регулируемой подачи; шестеренный насос; золотниковую коробку и гидравлический усилитель, включающий в себя силовые цилиндры и рычажную систему, клапанное устройство, состоящее из двух подпиточных (сливного и предохранительного) клапанов; нуль-установители; распределительную коробку и фильтр.
Регулирующим органом насоса является люлька.
Принцип действия указанной системы следующий.
Вал насоса 7 , получая вращение от ЭД, передает его через кардан блоку 12 с цилиндрами, а также через шестерню 5 зубчатому колесу 15, надетому на приводной вал 16 шестеренного насоса.
Рабочая жидкость, нагнетаемая шестеренным насосом, расходуется на восполнение ее утечек из замкнутого объема: насос - магистральные трубопроводы гидроцилиндры рулевой машины.
Шестеренный насос всасывает рабочую жидкость из корпуса основного насоса, служащего одновременно резервуаром рабочей жидкости, и нагнетает ее в систему через фильтр.
После фильтра рабочая жидкость направляется по трубопроводам к распределительной коробке, воздействует на переключающий золотник и открывает себе доступ в нуль-установители 13 и в золотниковую коробку 1 гидроусилителя, а избы-
ток рабочей жидкости сливается через сливной клапан.
Нуль-установители 13 предназначены для вывода люльки насоса в среднее (нулевое) положение при включении насоса и для удержания люльки в этом положе-
нии, пока насос не работает. Это нужно для того, чтобы последующее включение проводилось при среднем положении люльки (это уменьшает пусковую мощность ЭД ).
При поступлении рабочей жидкости в цилиндры нуль-установителей штоки их убираются, сжимая пружины, что дает возможность люльке 11 насоса свободно поворачиваться на цапфах на угол 30º в обе стороны от среднего положения при помощи гидравлического усилителя мощности и вручную ( силовое управление насосом ).
Гидроусилитель состоит из золотниковой коробки 1, двух силовых цилиндров 9 и рычажной системы 3. При смещении золотника в ту или иную сторону открывается доступ рабочей жидкости в один из силовых цилиндров. Золотник смещают поворотом вала управления 10 и рычажной системой.
Под давлением рабочей жидкости поршень, находящийся в одном силовом цилиндре, перемешается, например, влево и при помощи шатуна поворачивает люльку 11 насоса. Одновременно с этим поршень второго силового цилиндра перемещается поворачивающейся люлькой вправо и вытесняет рабочую жидкость из полости цилиндра через золотниковую коробку в корпус насоса.
При этом рычаг 6 обратной связи возвращает золотник в среднее положение, доступ рабочей жидкости в силовой цилиндр прекращается и люлька останавливается.
Поэтому, чтобы поставить люльку на нужный угол, надо повернуть валик 4 управления на тот же угол (передаточное число рычажной системы равно единице).
Для более точной установки валика управления втулке 2 золотниковой коробки
сообщена осевая вибрация, осуществляемая при помощи эксцентрикового вибратора 8, получающего вращение от вала 16 шестеренного насоса через коническую пару 14.
Когда люлька насоса занимает среднее положение, то вращение вала 7 насоса не вызывает возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах 12, и подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры привода рулевой машины не происходит.
Поворот люльки насоса создает наклон оси блока цилиндров 12 к оси вала 7 ( рис. 10.6, 6), и при его вращении поршни, находящиеся в цилиндрах блока, начинают совершать возвратно-поступательное движение. За один оборот вала насоса каждый поршень делает один ход вперед и один назад.
Поршни, выходя из цилиндров, всасывают рабочую жидкость в цилиндры, а двигаясь внутрь, нагнетают из цилиндров.
Перемена направления движения поршня происходит в момент нахождения его в горизонтальной диаметральной плоскости блока цилиндров. Поршни, находящиеся по одну сторону этой плоскости, будут нагнетать рабочую жидкость в гидроцилиндры рулевой машины, а поршни, находящиеся по другую сторону, всасывать.
При отклонении люльки в другую сторону поршни гидроцилиндров рулевой ма-шины будут перемещаться в обратном направлении, так как сторона всасывания и сторона нагнетания меняются местами и направление перекладки руля изменяется.
Угол отклонения люльки, зависящий от угла поворота валика 4 управления, определяет подачу насоса и скорость перекладки руля. С увеличением угла поворота возрастают подача насоса и скорость перекладки руля.
Валик поворачивают прибором ИМ ( исполнительный механизм ), установленным на корпусе насоса и входящим в комплект аппаратуры электрической си
стемы управления.
Прибор получает сигнал на поворот валика насоса при задании угла перекладки с пульта управления.
Сигнал обратной связи, пропорциональный углу поворота руля от РД, установленного на приводе к баллеру, поступает в пульт системы управления со знаком, противоположным знаку сигнала задания.
В результате суммирования прямого и обратного сигналов валик насоса, повернутый на тот или иной угол при задании, будет возвращен в среднее нейтральное положение при подходе руля к заданному углу поворота. При этом подача масла насосам, а следовательно, и перекладка руля прекращаются.
Работа системы управления более подробно рассмотрена ниже (при изложении принципа действия авторулевых ).
В приборах ИМ предусмотрена также рукоятка для возможности ручного аварий
ного (местного) управления, которое используют при выходе из строя аппаратуры дистанционной системы электрического управления, а также при опробовании рулевой машины из румпельного помещения. Таким образом, все управление рулем сводится к необходимому воздействию на люльку.
Как правило, электрогидравлические рулевые машины (исключая самые малые) имеют по 2 насоса. Один из них основной, другой- резервный. Все нормированные свойства рулевой системы обеспечиваются при работе одного насоса.
Вместе с тем в сложных условиях плавания с целью повышения надежности в действие могут быть введены 2 насоса. Так как подача при этом удваивается, то скорость перекладки руля при двух работающих насосах увеличивается.
В РЭП также иногда используются насосы постоянной подачи.
Рулевые машины с насосом постоянной подачи
Рулевая машина с насосом постоянной подачи изображена на рис. 10.7.
Рис. 10.7. Рулевая машина с насосом постоянной подачи:
1 привод баллера руля;
2 масляный трубопровод с арматурой;
3 гидромотор постоянной подачи;
4 распределительный золотник;
5 насосный агрегат;
6 соединительная муфта;
7 электродвигатель насоса.
Рулевая машина состоит из следующих основных узлов: привода баллер руля 1, на-
сосного агрегата 5, электродвигателя насоса 7, масляного трубопровода с арматурой 2.
Насосный агрегат крепится непосредственно к раме рулевой машины и состоит из насоса ( гидромотора ) постоянной подачи 3, соединительной муфты : и распределительно
го золотника 4.
Когда распределительный золотник выводится из среднего ( нейтрального ) поло-
жения в рабочее, соответствующее заданному направлению передачи, нагнетательный тру
бопровод насоса окажется соединенным с одним из цилиндров привода, а силовой трубо-
провод со вторым цилиндром.
Насос создает поток масла в системе главного трубопровода к цилиндру силового привода, который производит перекладку руля в требуемом направлении.
В перерыве между перекладками руля насос перепускает масло через рагрузочную щель распределительного золотника.
3.6. Рулевые машины с насосами переменной подачи
В зависимости от принципа действия, различают три вида гидравлических рулевых машин:
3.7. Плунжерные рулевые машины
Плунжерные рулевые машины по числу плунжеров ( цилиндров ) делятся на два
вида:
Рассмотрим поочередно эти два вида рулевых машин.
Рулевой электропривод с 2-плунжерной гидравлической передачей (рис. 10.8 ) со-
стоит из электродвигателя 1, насоса 2, гидравлических цилиндров 3.
Рис. 10.8. Устройство электрогидравлического 2-плунжерного рулевого привода:
1 электродвигатель насоса; 2 насос; 3 гидравлический цилиндр; 4 клапан
предохранительный перепускной; 5 баллер руля; 6 трубопровод; 7 манипу-
лятор насоса
Принцип действия передачи с насосом переменной подачи состоит в следующем.
При нейтральном положении манипулятора 7 насос работает вхолостую, не вызы-
вая нагнетания рабочей жидкости ни в правую, ни в левую ветвь трубопровода 6. При этом баллер руля 5 остается неподвижным.
Отклонение манипулятора в ту или иную сторону вызывает нагнетание рабочей жидкости в соответствующий гидравлический цилиндр 3 и отсасывание ее из противопо-
ложного цилиндра. Благодаря этому плунжеры цилиндров начнут перемещаться и поворачивать румпель 5 в заданную сторону.
Движение плунжеров будет продолжаться до тех пор, пока манипулятор не возвра
тится в нейтральное положение, при котором давление в цилиндрах станет одинаковым.
Во избежание чрезмерного повышения давления в рабочих цилиндрах в случае заклинивания рулевого привода устанавливают предохранительный перепускной клапан 4, автоматически открывающийся при давлении жидкости, превышающем рабочее на 10-15 %.
Для больших моментов на баллере руля устанавливают проверенные на практике надежные 4-плунжерные приводы. Направление и угловую скорость баллера руля регули
руют насосом переменной подачи или реверсированием и изменением частоты вращения электродвигателя при использовании насоса постоянной подачи.
Принципиальная схема четырехплунжерной рулевой установки представлена на рис. 10.5.
В румпельном отделении на фундаментах симметрично относительно баллера руля устанавливаются четыре цилиндра 1, 10 и 2, 8. Оси цилиндров параллельны.
В цилиндрах перемещаются плунжеры 3, 6 и 9, 16, которые попарно связаны между собой специальной соединительной рамой.
Рис. 10.9. Принципиальная схема четырехплунжерной рулевой машины:
I подача и слив масла
Внутри рамы располагаются муфты 4, 14 с двумя цапфами и подшипниками на каждой, обеспечивающими свободное вращение вокруг вертикальных осей. В отверстие муфты с бронзовой втулкой входит цилиндрический хвостовик румпеля 13.
Румпель закреплен на баллере руля тремя шпонками.
При перемещении плунжеров в разные стороны происходит поворот баллера руля, сопровождающийся скольжением хвостовиков румпеля в муфтах, а также поворотом муфт в вертикальных цапфах.
Боковые усилия, возникающие на румпеле при его выходе из диаметральной плоскости через ползуны 5, 12 соединительных рам, воспринимаются параллельными направляющими 7, 15, закрепленными жестко на фундаменте или цилиндрах. Благодаря этому предотвращается возможный изгиб плунжерной пары.
Расположенные накрест цилиндры 1, 8, и 2, 10 попарно соединены трубопроводами, объединенными в две общие магистрали а и б.
Для поворота руля, например, против часовой стрелки нужно по магистрали «а» подать масло под давлением в цилиндры 1,8, при этом в связи с изменением объема из цилиндров 2, 10 масло будет сливаться по трубопроводу «б»
Плунжеры 9, 16 переместятся вправо, а плунжеры 3, 6 - влево.
При изменении направления поворота баллера трубопровод «б» становится нагнетающим, а трубопровод «а» - сливным.
Давление в цилиндрах определяется преодолеваемыми усилиями в плунжерах, которые зависят от момента на баллере руля. Для предотвращения утечки масла на выходе цилиндров устанавливаются специальные набивки уплотнения, кожаные или из маслостойкой резины.
При возникновении чрезмерных давлений (например, при ударах волны, попадании льдин на перо руля) через дроссель 11 происходит перепуск масла из одной полости в другую. Это поглощает энергетический всплеск внешней нагрузки и ослабляет динамические воздействия на детали привода.
Перемещение плунжеров на одно и то же расстояние определяет неодинаковый угол поворота баллера. Наибольший поворот на единицу длины хода плунжеров будет при расположении румпеля в диаметральной плоскости.
При бортовых положениях, как следует из кинематики привода, угловой поворот баллера на единицу длины перемещения плунжеров будет минимальным.
Поэтому передаточное число плунжерной гидравлической передачи представляется переменным.
Система трубопроводов и клапанов четырехплунжерной рулевой установки позволяет при необходимости выводить из эксплуатации любую пару прессов, сохраняя, хотя и не полностью, работоспособность машины.
На небольших судах при сравнительно малом моменте на баллере руля устанавивают двухплунжерные гидравлические рулевые машины. Для них характерно отсутствие резервирования в силовой части привода и наличие дополнительного изгибающего момента на голове баллера руля, который нагружает верхний опорный подшипник баллера и повышает потери в передаче.
В отечественном судостроении наиболее широко используются именно плунжерные рулевые машины, обладающие высокой надежностью, экономичностью, особенно при высоком давлении в прессах, и способные преодолевать значительные нагрузочные моменты.
Разработан типизированный ряд гидравлических рулевых машин для моментов на баллере от 6,3 до 2500 кН-м, который практически удовлетворяет возникающие потребности.
3.8. Лопастные рулевые машины
Наряду с плунжерным рулевым приводом применяют лопастные ( рис. 10.10,
10.11 ).
Лопастные рулевые машины обладают сравнительно с плунжерными лучшими массогабаритными характеристиками.
По числу лопастей различают два вида рулевых машин:
1. двухлопастные;
2. трелопастные.
Рассмотрим устройство двухлопасной рулевой машины( рис. 10.10 ).
В корпусе гидродвигателя 1 на баллере руля 2 устанавливают лопасти 3. Перемыч
ки и лопасти разделяют рабочий объем на четыре полости А, Б, В, Г.
Рабочая жидкость по трубопроводам 4 поступает одновременно или в полости А, Г или в полости Б, В, перемещая лопасти и вращая баллер руля. Полости расположены под углом 180°, что уравновешивает давление жидкости на внутренние стенки корпуса.
Рис. 10.10. Устройство 2-лопастного гидродвигателя рулевой машины:
1 корпус гидродвигателя; 2 баллер руля; 3 лопасти; 4 - трубопроводы
Рассмотренный рулевой привод применяется на судах малого и среднего водоизме-
щения.
На более крупных судах используются трехлопастные рулевые машины. Основные поставщики таких машин - фирмы АЕГ (ФРГ), «Фриденбо» (Норвегия) разработали нормализованные ряды таких машин с моментом на баллере до 400 кН-м ( 40 Тм ).
Принципиальная схема 3-лопастной рулевой машины показана на рис. 10.11.
Рис. 10.11. Схема 3-лопастной рулевой машины
Трехлопастной ротор 1, являющийся румпелем, насажен на верхнюю часть головы баллера 2. Этот ротор помещен в цилиндр 3, разделенный тремя перемычка
ми 4.
Последние делят общий объем цилиндpa на три рабочие полости, каждая из которых делится лопастью ротора на две части А и Б. Цилиндр крепится к палубе посредством амортизирующего устройства.
При нагнетании масла в полость А и сливе его из полости Б ротор и баллер будут поворачиваться против часовой стрелки. При подаче масла в полость Б наоборот.
Подвод и слив масла производятся через перемычки цилиндра от общих магистралей «а» и «б», связанных с насосом. В днище и крышке силового цилиндра пре-
думотрены сальниковые уплотнения из маслостойкой резины. Уплотнения имеются также между зеркалом цилиндра и торцом каждой лопасти и между перемычками и ступицей ротора.
Для ограничения утла поворота ротора в одной из лопастей имеется пружинный двухсторонний клапан 5, который сообщает полости А и Б между собой при достижении предельных значений перекладки руля.
Наличие сложных уплотнений снижает объемный к.п.д. машины, ограничивает допустимые рабочие давления масла до 4,00 - 6,50 МПа ( 40-65 at ), что является недостатком привода, не позволяющим его использовать при моментах на баллере, превышающих 400-500 кН*м.
3.9. Поршневые машины с качающимися цилиндрами
Рулевые машины рассматриваемого типа используются в отечественном и иностранном судостроении.
Типовая схема привода с двумя рабочими цилиндрами, наиболее распространенная на морских судах, показана на рис. 10.12.
Рис. 10.12. Кинематика рулевой машины с качающимися цилиндрами
Цилиндры 3 имеют проушины с бронзовыми втулками и через вертикальные шкворни 2 связаны с фундаментом 1. Шкворни 2 являются осью поворота цилиндра.
В цилиндрах размещаются поршни 4, штоки 5 которых связаны с двухплечным румпелем 7. Штоки и поршни имеют специальные уплотнения, резиновые или кожаные набивки 6.
Цилиндры двойного действия: обе полости А и Б являются рабочими. Каждый си-
ловой цилиндр используется как для прямой, так и для обратной перекладки руля.
При подаче масла в полость А и сливе из полости Б происходит перекладка руля почасовой стрелке. При подаче масла в полость В наоборот.
Полости А и Б обоих цилиндров связаны трубопроводом через клапанную распре-
делительную коробку. Следует заметить, что во втором цилиндре рабочая полость А имеет шток аналогично полости Б первого цилиндра.
Углы качания цилиндров, хотя и различны, но даже при бортовых положениях руля ±35° не превышают 4 - 5°. Поэтому суммарные объемы подачи и слива жидкости практически одинаковы.
Вместе с тем, учитывая равенство давлений масла в полостях нагнетания и меньшую поверхность поршня со стороны штока, усилия, передаваемые на каждое плечо румпеля, будут различаться, что вызывает появление хотя и небольшой, дополнительной изгибающей силы на голове баллера.
Подвод масла к рабочим полостям каждого цилиндра производится через герметичное шарнирное соединение внутри шкворня 2 или посредством гибких поли-пропиленовых шлангов, как это принято при производстве рулевых машин данного типа в ГДР.
4. Механизмы управления насосами постоянной подачи
4.1. Дроссельный механизм с управляющими электромагнитами
В качестве примера рассмотрим один из возможных вариантов механизма управ-ления - дроссельную систему с управляющими электромагнитами ( рис. 10.20).
Рис. 10.20. Принципиальная схема дроссельного сервопривода с управляющими электромагнитами для управления насосами постоянной подачи
Органом смены направления подачи масла на выходе в каналах а и б, связанных с цилиндрами рулевой машины, является гидрозолотник ГЗ.
В цилиндре 3 располагается поршень 4, который выходными штоками 6 может перемещаться и занимать три разных положения. Штоки связаны с соленоидными электромагнитами YV1 и YV2, обеспечивающими возможность дистанционного управле-
ния.
При выключенных электромагнитах посредством пружин поршень устанавлиается в среднем положении, что показано на рис. 10.20. В этом случае масляные каналы гидрозолотника связывают всасывающую и нагнетающую магистрали насоса Н, постоянно вращаемого электродвигателем М. Магистрали а, б силовых цилиндров рулевой машины перекрыты. Масло забирается насосом из бака 5 и сливается снова в бак. Вместимость бака должна быть достаточной, чтобы обеспечить отвод тепла, выделяемого в данном режиме холостой прокачки масла.
В технике гидропривода описываемая система относится к классу гидравлических сервомеханизмов дроссельного управления. Этим устройствам свойственны: быстродействие, большой коэффициент усиления, высокая долговечность и надежность в работе.
При подаче питания в электромагнит YV2 поршень смещается вправо, его секция 1 устанавливается в средней части цилиндра, обеспечивая связь магистралей насоса и цилиндров рулевой машины. Причем магистраль а становится напорной, а магистраль б - сливной. Происходит перекладка руля на правый борт.
При отключении электромагнита YV2 золотник 4 возвращается в исходное положение, перекладка прекращается.
Включением электромагнита YV1 поршень перемещается влево. В среднюю часть цилиндра становится секция 2. Напорной становится магистраль б. Руль перекладывается на левый борт.
Описываемая принципиальная система применена для управления рулем теплоходов типа «Инженер Мачульский».
Имеются схемы, в которых перемещение золотника осуществляется посредством сервогидропривода или вручную. В некоторых случаях рассматриваемый механизм сам используется как один из промежуточных каскадов управления сервоприводом устройств большой выходной мощности. Например, на лесовозах типа «Иршалес», танкерах серии «Леонардо да Винчи» дроссельный сервопривод используется для управления насосами регулируемой подачи.
4.2. Дроссельный механизм с электромашинным приводом
Применяется в отечественных авторулевых АТР, «АИСТ», «Печора», авторулевых «Функверк Кёпеник», выпускаемых в ГДР. На рис. 10.19 показана схема кинематического механизма, имеющего заводской индекс ИМ-2, предназначенного для управления насосами нерегулируемой подачи в схеме АТР.
Рис. 10.21. Кинематическая схема исполнительного механизма ИМ-2 для управления насосами постоянной подачи РЭГ-приводов
Электродвигатель 1 через шестеренчатую механическую передачу 4 перемещает выходную рейку 5, связанную с дросселирующим золотником. При отключении электро-
двигателя пружинами 6 нулевого установителя золотник возвращается в исходное положе
ние.
Для уменьшения времени возврата и соответственно сокращения выбега руля кинематическая связь серводвигателя 1 и рейки 5 на этот период может быть разорвана посред
ством электромагнитной муфты 2. Исследования показали, что эффективность работы муфты сравнительно невелика. Поэтому в управляющих механизмах авторулевых «АИСТ», «Печора» от ее использования отказались.
Максимальное перемещение выходного органа регулируется механическим ограничителем 9.
Пружинная муфта проскальзывания 3 исключает стоянку серводвигателя под током при достижении предельного положения.
Рукоятка 10 служит для местного ( аварийного ) ручного управления рулем непосредственно из румпельного отделения.
Обратная связь по положению управляющей рейки осуществляется от сельсина-трансформатора 8.
5. Механизмы управления насосами переменной подачи
5.1. Основные сведения
Для перекладки руля в электрогидравлических системах с насосом переменной подачи требуется сместить манипулятор насоса (создать эксцентриситет). Это достигает
ся вспомогательным сервоприводом, в котором используются передачи электрического и гидравлического типов.
При электрической системе передачи оперативные функции в румпельном отделе
нии выполняет ЭД, называемый серводвигателем.
При гидравлической системе передачи для воздействия на манипулятор использу
ют гидравлический серводвигатель (типа толкателя). Процесс перекладки руля при уп-
равлении сервоприводом содержит 4 основные операции:
Точная остановка манипулятора в нейтральном положении в условиях, когда
сервопривод обладает свойством выбега после отключения благодаря запасенной энер-
гии в движущихся частях, при описанном способе методом отдельных операций практи
чески невозможна.
Поэтому для упрощения способа управления рулем, обеспечения устойчивости управления сервопривод снабжают кинематическим устройством, связывающим задаю-
щий орган, манипулятор насоса и баллер руля.
Рассмотрим некоторые из таких механизмов.
5.2. Механизм управления НПП типа ИМ-1
Предполагает структуру, где отрицательной обратной связью в автоматическом и следящем режимах охватывается сервопривод. Используется в РЭГ-приводах вновь строящихся судов с рулевыми машинами типизированного ряда.
Прибор ИМ-1 по устройству аналогичен ИМ-2 (см. рис. 10.21), у которого выходом является не рейка 5, а поворотный валик 7. Последний имеет пружинный нуль-установи-
тель и связан с золотником управляющего гидромеханизма поворота люльки насоса.
При простом управлении режимная стабилизация достигается четкой работой пружинного нуль-установителя, снимающего подачу гидронасоса при отключении серводвигателя.
В следящем режиме напряжение сельсин-трансформатора 8 характеризует положе-
ние управляющего органа. Это напряжение и является электрической обратной связью, замыкающей контур, состоящий из усилителя и сервопривода.
Сервомеханизм размещается на насосе и воздействует на манипулятор через встро-
енный промежуточный гидроусилитель.
На эксплуатируемых судах широко используется схема механизма управления, где обратной связью охвачены рулевая машина и насос переменной подачи, что соответствует структурной схеме рис. 10.18. Эта обратная связь механическая, жесткая. Выполняется посредством специальных кинематических устройств, предопределяющих относительную близость размещения насоса и рулевой машины.
5.3. Механизм управления НПП с рычажным дифференциалом
Приводы с таким типом управления (рис. 10.22) установлены на многих судах, например на теплоходах серий «Михаил Калинин», «Выборг», «Красноград», лесовозах типа теплоход «Волго-лес» и др.
Рулевой привод имеет два насоса переменной подачи HI (H2 - не показан), каждый из которых вращается своим исполнительным двигателем М1(М2).
Тяга 1 манипуляторов является общей для обоих насосов; при необходимости они могут работать на рулевую машину одновременно.
Рассмотрим принцип действия кинематического механизма, разбив процесс управ
ления па ряд простых операций.
Рис. 10.22. Схема управления гидравлической рулевой машиной с рычажным дифференциалом
Перекладка руля задается включением электрического серводвигателя МЗ (М4). Через дифференциальный редуктор ДФР вращается винтовой шпиндель 3, который перемещает по горизонтали каретку 2.
Пусть, например, каретка переходит из точки г в точку д. Дифференциальный рычаг ДР, связанный с кареткой, поворачиваясь вокруг неподвижной точки в, смещает тягу 1 манипулятора насоса H1.
Начинается подача масла в гидроцилиндры рулевой машины, руль перекладывает-
ся по часовой стрелке. Тягой обратной связи 4 дифференциальный рычаг ДР, поворачива-
ясь вокруг точки д, смещает манипулятор в сторону нейтрального положения, достигнув которого в точке ж, перекладка прекращается.
Изменение направления подачи насоса и соответственно обратная перекладка руля происходит при перемещении каретки в другую сторону.
Значение эксцентриситета насоса равно 15 - 25 мм; тяга манипулятора, пройдя это расстояние, доходит до упора. Перемещение в этих пределах обычно соответствует заданию перекладки руля на 4 - 5°.
При задании больших углов, когда манипулятор достигает положения упора, дифференциальный рычаг ДР при перемещении каретки будет поворачиваться в шарнире связи его с управляющей тягой насоса. Движение будет происходить из-за сжатия или растяжения пружины Пр, являющейся составной частью рычага 4.
При углах, больших 4 - 5°, перекладка на основной части пути ведется при макси-
мальной подаче насоса, примерно с постоянной скоростью. Лишь при подходе к заданно-
му положению за 4 - 5° подача насоса постепенно снимается.
Пружина Пр одновременно оказывает демпфирующее действие при ударных нагрузках на баллере. При случайных отклонениях баллера, через рычаг ДР, задается необходимая подача насосу и положение восстанавливается.
В динамике, когда перемещение каретки и баллера происходит одновременно, дифференциальный рычаг суммирует оба движения и задает подачу насосу, эквивалентную разностному положению каретки и баллера в каждый данный момент.
Повышенная скорость каретки сравнительно с баллером всегда обеспечивает выход насоса на максимальную подачу при больших углах перекладки.
Действительный угол руля контролируется по аксиометру, работающему от балле-
ра через датчик ВС1. При управлении оператор следит за движением каретки по аксиометру заданного положения, датчик которого ВС2 связан через редуктор со шпинделем. Сельсины-приемники, электрически связанные с ВС1 и ВС2, совмещаются в одном двухстрелочном приборе заданного и действительного положений.
Дистанционное управление осуществляется посредством серводвигателей, местное - штурвалом 5.
В схемах автоматического действия элементы обратной связи В, путевые и конечные выключатели SQ конструктивно представляются одним блоком 6, механически связан
ным не с отрабатывающим органом - баллером, а с задающим - кареткой.
Мощность электрических серводвигателей составляет 0,30,8 кВт.
5.4. Механизм управления НПП с кулачковым дифференциалом
Применяется в отечественных рулевых машинах РЭГ-2, РЭГ-3.
Показан на рис. 10.23.
Рис. 10.23. Кинематическая схема рулевого сервомеханизма с кулачковым дифференциалом
Механизм управления включает в себя дифференциальный редуктор ДР, связанный через червячные зацепления с электрическими серводвигателями МЗ, М4, соответственно правого и левого борта.
Через промежуточные передачи КПЗ, КП1 (КП2 на правый борт) управляющее действие передается на шестерню 1 кулачкового дифференциала КД1, который и является элементом, суммирующим движения задающего валика (шестерня 1) и валика обратной связи (шестерня 3).
Обратная связь (0С1) выполнена в виде зубчатого колеса, обкатывающегося по рейке, закрепленной на ползунах рулевой машины. В дифференциальном кулачковом редукторе ДР1 при повороте сателлита 2 получает перемещение жестко связанный с ним профильный кулачковый диск 4.
Диск 4 находится в кулачковом зацеплении с рейкой манипулятора насоса H1. Поворот кулачка 4 вызовет линейное перемещение манипулятора, причем зависимость между углом поворота диска и сдвигом манипулятора нелинейная, определяемая не только профилем кулачкового зацепления, но и диаметром диска.
Перемещение манипулятора будет происходить при малых углах поворота диска (соответствующих 4 - 5° поворота руля). При углах, больших 4 - 5°, линейно движущийся кулачок 5 выходит из углубления и скользит по ребру диска 4. Таким образом подача насоса нарастает только при малых углах поворота кулачкового элемента и остается постоянной при больших углах.
Угол поворота кулачка 4 будет равен разности углов поворота задающей шестерни 1 и шестерни обратной связи 3. В исходном положении эта разность равна нулю.
Кулачковый диск стоит в положении, когда насос не имеет подачи.
При работе задающая шестерня 1 посредством одного из серводвигателей, управля
емого из рулевой рубки, перемещается на некоторый угол, соответствующий необходимой перекладке руля.
Угол поворота контролируется по двухстрелочному аксиометру, один из сельси-
нов-приемников которого связан с сельсином-датчиком ВС2, работающим от задающего валика. Вместе с шестерней 1 повернется и кулачковый диск 4. Обеспечивается смещение манипулятора и соответствующая подача насоса. Руль будет перекладываться в заданном направлении.
По каналу обратной связи шестерня 3 будет перемещать кулачковый диск в обратном направлении.
Подача насоса прекратится, когда положение отрабатывающей шестерни 3 будет строго соответствовать положению управляющей шестерни 1, т. е. когда руль переложит-
ся на заданный угол.
В схемах управления следящего и автоматического действия обратная связь по углу перекладки руля вводится не от баллера, а от задающего валика. От него также приводится в действие путевой механизм с конечными выключателями.
5.5. Гидравлические и комбинированные механизмы управления НПП
Вместо электрического сервопривода с редуктором ДФР и шпинделем некоторые фирмы применяют гидравлические или комбинированные механизмы ( рис. 10.24 ).
Рис. 10.24. Сервомеханизмы РЭГ-приводов: а гидравлический; б электрогидравлический ( комбинированный )
На рис. 10.24, а показан сервоцилиндр 2, шток поршня которого 1, связанный с диф
ференциальным рычагом, аналогично каретке, своим перемещением задает эксцентриси-
тет насоса.
Подача масла в сервоцилиндр 2 осуществляется через золотниковое устройство по схеме, аналогичной рис. 10.20. Сервопривод питается от специального малого шестеренча
того насоса, обычно встраиваемого в главный насос переменной подачи.
На рис. 10.24, б представлен электрический сервопривод с промежуточным гидроусилителем.
Такая схема широко используется в отечественных рулевых системах (РЭГ-8). Гидроусилитель состоит из золотника 2 и силового цилиндра, шток поршня которого 1 действует на управляющий рычаг манипулятора насоса. Дифференциальный рычаг 5 обеспечивает жесткую обратную связь между золотником и рабочим поршнем.
Передвигая с помощью серводвигателя М и рычажной системы золотник 2, сообща
ют полости цилиндра 3 со вспомогательным насосом.
Шток поршня при перемещении возвращает через рычаг 5 золотник в нейтральное положение. Дифференциальный рычаг 5 в гидроусилителе превращает его в следящее устройство, где положение выходной каретки 1 всегда четко связано с перемещением входного рычага 6, на который через редуктор 4 воздействует серводвигатель М.
Поэтому датчики аксиометра заданного положения руля ВС2, конечные выключа-
тели, элементы обратной связи В связаны непосредственно с входным органом гидроуси-
лителя.
Мощность серводвигателей составляет 10 - 15 Вт. В качестве двигателей использу-
ются хорошо управляемые и регулируемые бесконтактные высоконадежные двухфазные асинхронные машины с полым ротором ( двигатели Феррариса ).
6. Исполнительные устройства систем управления гидравлических рулевых машин
6.1. Основные сведения
К исполнительным устройствам систем управления гидравлических рулевых машин относятся:
1. серводвигатели;
2. электромагнитные муфты;
3. пружинные нулевые установители.
6.2. Серводвигатели
Серводвигатели это электрические двигатели мощностью 10…15 Вт, предназна-
ченные для перемещения рабочих органов насосов переменной подачи.
Такими органами является:
Если при помощи серводвигателя вывести барабан насоса из нулевого положения
( повернуть люльку ), перо руля начинается поворачиваться, если же вернуть барабан ( люльку ) в исходное ( нулевое ) положение, перо руля остановится.
В качестве серводвигателей используются 3- и 2-фазные асинхронные двигатели.
На судах отечественного производства используются 2-фазные асинхронные двига
тели серии АДП ( А асинхронный, Д двигатель, П полый ротор ) ( рис .*** ).
.
Рис. *** Асинхронный двигатель серии: а устройство; б схема включения;
1 внешний статор; 2 обмотка возбуждения ( управления ); 3 полый ротор;
4 внутренний статор; 5 вал; 6 подшипниковый щиток
Двигатель имеет два статора внешний 1 и внутренний 4. Последний закреплен на одном из подшипниковых щитков и служит для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного магнитного потока.
На внешнем статоре двигателя уложены две обмотки: обмотка возбуждения ОВ и обмотка управления ОУ. Оси этих обмотки расположены под углом 90°, поэтому их маг-
нитные потоки сдвинуты в пространстве на такой же угол.
На обмотку возбуждения подается стабильное напряжение Uвеличиной 36, 40 или 110 В ( в зависимости от типа двигателя ).
На обмотку управления ОУ с выхода усилителя системы управления РЭП ( магнит-
ного или электронного ) подается напряжение управления U, которое может изменяться как по величине, так и по фазе.
В щель между внешним и внутренним статорами вставлен полый ротор 3, который
сидит на валу 5. Вал свободно вращается на подшипниках, установленных в щитках 6.
Ротор выполнен в виде тонкостенного латунного стакана, что позволило свести к минимуму его инерционность ротор быстро разгоняется и быстро останавливается.
В цепь обмотки возбуждения включен конденсатор С, поэтому ток в этой обмотке
сдвинут на 90° ( в сторону опережения ) по отношению к току в обмотке управления.
Такой двойной сдвиг обмоток на статоре на 90° ( в пространстве ) и токов в них
на 90° ( электрических на векторной диаграмме ) позволил получить при помощи этих обмоток вращающееся магнитное поле.
Это поле при вращении пересекает стенки полого ротора и индуктирует в них ЭДС В роторе возникает ток, который, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, вызывает образование электромагнитного момента ротор начинает вращаться.
Скорость ротора тем больше, чем больше напряжение Uна обмотке управления.
Если фазу этого напряжения изменить на обратную ( на 180°), ротор реверсирует.
6.3. Электромагнитные муфты
Электромагнитные муфты это электромагнитные аппараты, предназначенные для разрыва или переключения механической связи между двумя валами ведущим ( со сторо
ны серводвигателя ) и ведомым ( со стороны манипулятора насоса ).
Муфты выпускаются двух типов: МЭС (соединяющие) и МЭП (переключающие).
Электромагнитная муфта типа МЭС (рис. *** ) состоит из корпуса 1 с закреплен-
ной внутри катушкой 2, валика 8 ( вдоль него по специальным пазам перемещается якорь 4 с фрикционным диском 6 ). На валик 8 насажен шарикоподшипник 7, на внешней обой-
ме которого закреплено зубчатое колесо 5.
Рис. Устройство электромагнитной муфты типа МЭС:
1 корпус; 2 катушка; 3 пружина; 4 якорь ( подвижная часть ) муфты;
5 зубчатое колесо; 6 фрикционный диск; 7 шарикоподшипник; 8 - валик
Принцип действия муфты состоит в следующем.
При подаче питания на катушку 2 муфта срабатывает, то есть якорь 4, преодолевая сопротивление пружины 3, втягивается в катушку, а фрикционный диск 6 прижимается к торцу зубчатого колеса 5. Следовательно, вращение от валика 8 будет передаваться на зубчатое колесо 5.
Если питание снять, якорь 4 под действием пружины 3 переместится в первона-
чальное состояние, а фрикционный диск 6 освободит зубчатое колесо.
У реверсивной (переключающей) муфты МЭП при срабатывании электромагнита фрикционный диск освобождает одно зубчатое колесо и прижимается к другому.
6.4. Нулевые установители
Пружинные нулевые установители предназначены для автоматического возвраще-
ния рабочего органа насоса барабана ( люльки ) в нулевое положение после отключения серводвигателя.
Как следует из принципа действия насосов переменной подачи, для поворота руля надо при помощи серводвигателя вывести барабан ( люльку ) насоса из нулевого положе
ния, а для остановки руля вернуть барабан ( люльку ) в нулевое положение.
Для такого возврата можно включить серводвигатель в обратном направлении ( ре-
версировать ). Однако при этом усложняется схема управления РЭП.
Поэтому на практике применяют более простой способ возврата барабана ( люльки ) насоса размещают между серводвигателем и манипулятором:
1. электромагнитную муфту сухого трения типа МЭС ( МЭП );
2. пружинный нулевой установитель.
Электромагнитная муфта ( см. выше ) состоит из двух половин, одна из которых вращается на ведущем валу ( со стороны серводвигателя ), вторая на ведомом ( со сторо
ны манипулятора насоса ). Если серводвигатель включен, обе половины муфты соединены между собой, поэтому вращение вала серводвигателя перемещает манипулятор насоса.
Пружина установителя одним концом прикреплена к корпусу исполнительного механизма, а вторым к тяге манипулятора насоса. Поэтому при работе серводвигателя смещение манипулятора из нулевого положения в любую сторону заставляет эту пружину растягиваться.
Если серводвигатель выключается, половины муфты разобщаются, т.е. вал серво-
двигателя отсоединяется от манипулятора насоса, а растянутая пружина установителя возвращает манипулятор, а с ним и барабан ( люльку ) насоса в нулевое положение.
Иначе говоря, принцип действия пружинного нулевого установителя такой же, как у двери с пружиной. Пока дверь открыта, пружина растянута, стараясь закрыть дверь. Если отпустить дверь, она закроется под действием пружины.
7. Приводные электродвигатели насосов постоянной и переменной подачи
Предназначены для непрерывного вращения насоса постоянной или переменной подачи с постоянной угловой скоростью.
Мощность электродвигателя через гидравлическую передачу передается на перо руля. Вращающий момент на баллере руля зависит от водоизмещения судна чем больше водоизмещение, тем больше вращающий момент. Таким образом, мощность приводных электродвигателей насосов зависит от водоизмещения судна и может составлять от не-
скольких десятков кВт ( для судов водоизмещением около 10 000 б.р.т. - 50-70 кВт ) до не-
скольких сот кВт.
Наибольшее распространение в качестве приводных двигателей насосов рулевых приводов имеют 3-фазные короткозамкнутые асинхронные электродвигатели.
8. Нагрузочные диаграммы рулеых электроприводов
Нагрузочной диаграммой называют график зависимости момента на баллере руля
от угла поворота пера руля, т.е. М( α ).
Эти диаграммы строят для трех харакитерных ьрежимов работы судна, а именно:
1. режим при ходе судна по курсу;
2 .маневренный режим;
Для построения диаграмм используют формулы М( α ), которые приведены
ниже.
После построения и анализа эти диаграммы используют для расчета мощности эле
ктродвигателя рулевого привода.
Рассмотрим особенности нагрузочных диаграмм для разных режимов работы судна более подробно.
Наиболее напряженным является режим маневрирования, так как руль перекла-
дывается на максимальные углы и на баллере возникают максимальные моменты сопро
тивления.
Для правильной эксплуатации рулевого ЭД, а также для выбора его мощности необходимо знать его нагрузочную диаграмму при работе в наиболее напряженном режиме. Учитывая специфику работы ЭД в рулевых машинах с механической и гидравлической передачей, нагрузочные диаграммы рассмотрим для каждой из них.
Электроприводы с механической передачей
Нагрузочная характеристика рулевого исполнительного ЭД представляет собой зависимость момента на валу ЭД от угла поворота руля: М (α). Момент на валу ЭД определяется моментом нагрузки на баллере руля и потерями на трение в механизме передачи, которые обусловлены данной нагрузкой.
При прямом ходе пера руля момент ЭД
М = М/ ( ι*η ), (10.2)
где ι -передаточное число механической передачи;
η - прямой КПД передачи.
Передаточное число и КПД определяют как произведения соответствующих значений каждого элемента передачи.
При обратном ходе пера руля момент ЭД
М = М η' / ι , (10.3)
где η' = 2 1 / η - обратный КПД передачи.
Так как передачи РЭП всегда содержат самотормозящий элемент, то прямой и обратный КПД не равны ( η ≠ η' ), причем η' < 0.
При обратном ходе пера руля отрицательный момент на баллере руля и отрица
тельный КПД обусловливают согласно формуле (40) положительный момент на валу ЭД. Иначе говоря, несмотря на стремление пера руля самому повернуться в направлении пе
рекладки, т. е. диаметрали, ЭД все же приходится работать в двигательном режиме, преодолевая сопротивление трения в элементах передачи, расположенных между валом ЭД и самотормозящимся элементом.
Построение точных нагрузочных диаграмм аналитическим путем весьма затруд
нительно, в частности из-за того, что КПД передачи величина переменная, завися-
щая от нагрузки.
Поэтому для практических расчетов удовлетворяются приближенными нагрузоч-
ными диаграммами ( рис.10.13 ).
Рис. 10.13. Приближенные нагрузочные диаграммы рулевого электропривода:
а для простого руля; б для балансирного и полубалансирного рулей;
в при заднем ходе
Максимальный момент Мпри прямом ходе руля и переднем ходе судна определяют по формуле ( 10.2 ), подставляя в нее КПД, соответствующий наибольшей нагрузке М (этот КПД обычно известен).
Момент М при обратном ходе пера руля и при переходе через диаметральную плоскость принимают равным ( 0,1…0,3 ) М. Это же значение момента принимается на участке от 0 до αдля балансирных рулей. Нижний предел относится к простым рулям, а верхний - к балансирным и полубалансирным.
Это объясняется тем, что трение в ненагруженном приводе не зависит от типа руля, в то время как у рулей с балансирной частью значения М значительно снижены и для получения того же значения М следует брать большую часть от М.
Изменение же момента на участках от αдо α = 0 для простых рулей и до α для балансирных принимают прямолинейным.
При заднем ходе судна плечо сил давления по сравнению с передним ходом увеличивается, что способствует увеличению моментов на баллере.
Однако при практических расчетах РЭП ограничиваются лишь нагрузочными диаграммами рулевого устройства при переднем ходе, так как из-за уменьшенной скорости заднего хода, обычно принимаемой υ= ( 0,5…0,7 ) υ , значение М < М.
Для морских судов максимальное значение угла перекладки руля α= 30...35°.
9. Структурные схемы управления судов с использованием электромеха
нического и электрогидравлического рулевых приводов
9.1. Основные сведения
Изменение направления подачи масла от насоса на рулевую машину, необходимое для перекладки руля, производится специальным управляющим устройством сервомеханизмом.
В РЭГ-приводах с насосами постоянной подачи оконечный каскад сервомеханизма представляет собой дросселирующий золотник, посредством которого насос связывается с рулевой машиной. Управление золотником осуществляется магнитным (соленоид) или машинным серводвигателем, который воздействует на золотник непосредственно или через промежуточный гидроусилитель.
В приводах с насосами переменной подачи сервомеханизм включает в себя электрический двигатель - серводвигатель, связанный через кинематическую передачу с манипулятором насоса.
Весьма часто в состав управляющей кинематики включают гидроусилитель, что существенно снижает мощность электрического серводвигателя.
9.2. Структурная схема простого управления рулевым электроприводом
Напомним, что при простом управления в качестве органов управления используют кнопки «Лево руля», «право руля» или рычаг управления ( «джостик» ).
Руль перекладывается все то время, пока нажата одна из кнопок или рычаг вы
веден из нейтрального положения. Перекладка прекращается, если отпустить кнопку или вернуть рукоятку поста в исходное - нулевое положение.
Об угловом состоянии руля в каждый момент времени судят по рулевому указателю - аксиометру.
Обобщенная разомкнутая схема ручного управления рулем по времени показана на рис. 10.17.
Здесь представлены: РМ - рулевая машина; Н - насос переменной подачи (ГЗ - гидрозолотник в системе управления с насосом нерегулируемой подачи); ГУ гидроусили
тель; СР - серводвигатель; У - электрический усилитель.
Рис. 10.17. Обобщенная разомкнутая система ручного управления РЭГ-приводом
При простом управлении рулем контур регулирования разомкнут. При подаче управляющего напряжения U последовательно отрабатывают все звенья и начинается перекладка руля.
Шток поршня гидроусилителя ГУ жестко связан с манипулятором насоса Н. Перемещение манипулятора ограничено. Поэтому пропорциональность между движением золотника гидроусилителя и ходом его поршня характерна только при сравнительно малых перемещениях.
При снятии управляющего напряжения U серводвигатель СР останавливается, но подача насоса Н не прекращается.
Для остановки руля необходимо, чтобы серводвигатель включением в обратную сторону сместил манипулятор насоса в исходное положение. Таким образом, разовая перекладка руля содержит четыре операции:
Поворот руля на заданный угол описанным способом даже опытному оператору ( например, рулевому матросу ) выполнить практически невозможно.
Для нормальной работы требуется, чтобы при снятии входного управляющего сигнала U= 0 серводвигатель занимал исходное положение, что соответствует прекращению подачи масла на рулевую машину.
В некоторых современных отечественных схемах управления (АТР, АИСТ) это делается специальным пружинным нуль-установителем, задача которого вернуть серводвигатель или, точнее, золотник гидроусилителя ГУ в нулевое положение ( е= 0) после отключения.
Иностранные фирмы часто используют сервопривод с электромагнитным управлением. Золотник такого привода всегда имеет пружинный самовозврат.
Таким образом, простое управление рулем по структурной схеме рис.10.17 принципиально возможно.
Для этого требуется только, чтобы элементы сервопривода автоматически возвращались в исходное положение после отключения серводвигателя.
9.3. Структурная схема следящего управления рулевым электроприводом
Напомним, что при следящем управления в качестве органа управления используют штурвал поста управления в рулевой рубке.
При повороте штурвала на определенный угол в необходимую сторону ( влево или вправо относительно нулевого положения ) перо руля повернется на такой же ( или пропорциональный ) угол и автоматически остановится.
Иначе говоря, перо руля повторяет поворот штурвала, как бы следит за движением штурвала, отсюда название следящее управление.
При этом угол поворота пера руля тем больше, чем больше угловое расстояние ( угловой путь ) , описанное штурвалом, отсюда второе название управление по пути.
Из сказанного следует, что у каждому положению штурвала после отработки соответствует определенное положение руля.
Таким образом, следящее управление является полуавтоматическим на первом этапе управления участвует человек ( поворачивает вручную штурвал ), на втором этапе используются элементы автоматики ( сельсин-датчик руля в румпельном отделении ), обеспечивающие автоматическую ( без участия человека ) остановку руля.
Аксиометр является средством дополнительного контроля положения руля.
Система следящего управления может быть создана путем замыкания входа и выхода разомкнутой системы (рис. 10.16 ) через соответствующие преобразующие устройства.
Внутри следящего контура оказываются последовательно включенными два интегрирующих звена СР и РМ. Такие системы являются структурно неустойчивыми. Для придания устойчивости одно из интегрирующих звеньев должно быть охвачено жесткой обратной связью.
Широко распространены схемы (рис. 10.18 ), где обратной связью охвачены два звена: рулевая машина РМ и насос регулируемой подачи.
Рис. 10.18. Структурная схема следящего управления РЭГ-приводом с механической обратной связью
Образование внутреннего следящего контура превращает интегрирующее и апериодическое звенья, характерные для гидравлического привода, в обобщенное колебательное звено, передаточная функция которого имеет следующий вид:
где К коэффициент усиления обратной связно масштабно увязывающий воздействие на подачу насоса со стороны руля и со стороны усилителя.
Решение характеристического уравнения, соответствующего данной передаточной функции , показывает, что при соблюдении условия 4TKKK< 1 оба корня уравнения будут отрицательными и вещественными, поэтому движение руля при управления со стороны сервопривода будет носить апериодический характер.
При обратном соотношении в рулевом электроприводе возникают автоколебания, т.е. перо руля даже в отсутствие управляющего сигнала совершает самопроизвольные колебания влево-вправо по отношению к диаметральной плоскости судна.
Для подавления автоколебаний в схему управления рулевым электроприводом вводят отрицательную обратную связь по выходному напряжениию, при помощи которой часть сигнала ( напряжения ) с выхода оконечного каскада усилителя подают в противофазе на вход усилителя.
В результате коэффициент усиления усилителя по напряжению ( а значит, и по мощности ) уменьшается, но достигается главное исчезают автоколебания пера руля.
При подаче сигнала α на вход суммирующего устройства А баллер руля повернется на соответствующий угол α.
Таким образом, задача следящего управления рулем превращается в задачу синфазного поворота поста управления ПУ и выходного органа сервомеханизма (СР, ГУ) α.
Общая схема следящего управления рулем распадается на два независимых замкнутых контура I и II.
Поворот поста управления ПУ на некоторый угол вызывает перемещение выхода сервомеханизма на тот же угол, что в свою очередь определит угол перекладки руля. Элементы Ки К являются преобразователями углового поворота в эквивалентные электрические сигналы.
При углах перекладки α = α-а> 5°, поворот манипулятора насоса ограничивает-
ся (ε ).
Движение же задающего органа α может продолжаться из-за наличия специаль-
ной аккумулирующей пружины. Следовательно, при больших углах перекладки насос работает с максимальной подачей и начинает снижать ее за 5° до подхода к заданному положению.
При разомкнутом контуре II возможно простое управление рулем.
Постом управления непосредственно на вход усилителя подается управляющий сигнал. Серводвигатель СР через ГУ или, в случае его отсутствия, через кинематический механизм перемещает на некоторый угол αзадающий элемент, угол поворота которого после отработки определит положение руля.
Контроль перекладки производится по двухстрелочному аксиометру заданного и действительного положения руля. Датчики аксиометра связаны соответственно с заданным αи фактическим α углами поворота пера руля. Отключение серводвигателя производится по достижении αтребуемого значения.
Рассмотренные решения по обеспечению устойчивости работы системы управления рулевого электропривода (см. рис. 10.18) не являются единственно возможными. За последнее время появились новые структурные схемы управления рулем (АТР, АИСТ), где для обеспечения структурной устойчивости в следящем и автоматическом режимах обратной связью охватывается не рулевая машина, а серводвигатель (рис. 10.19 ).
Рис. 10.19. Структурная схема управления РЭГ-приводом с электрической обратной связью
Эти схемы комплектуются аксиально-поршневыми насосами типа IIД. Поворот люльки насоса осуществляется встроенным гидроусилителем, управление которым производится поворотным золотником. Поэтому выход от серводвигателя СР имеет не линейное, а угловое перемещение γ.
Передаточная функция эквивалентного звена внутреннего контура найдется так:
Этой передаточной функции соответствует характеристическое уравнение второго порядка. Вещественные и отрицательные корни этого уравнения определяют условия устойчивости контура и отсутствие колебательных процессов в динамическом режиме.
Численно эти условия выразятся неравенством 4TKKK<1.
Повышению устойчивости способствует снижение постоянной времени сервопривода. Поэтому в схемах такого рода наиболее широко применяются двухфазные асинхронные электродвигатели с полым ротором, имеющие малый маховой момент.
Увеличение коэффициента усиления усилителя повышает точность обработки, но отрицательно сказывается на устойчивости.
При работе в следящем режиме общий сигнал, подаваемый на вход усилителя, состоит из трех составляющих:
U= U- U- U,
где U- напряжение, пропорциональное повороту αпоста управления;
U- напряжение, пропорциональное перемещению γ золотника гидроусилителя;
U- напряжение, пропорциональное углу α поворота пера руля.
В согласованном положении, когда α = 0, U= 0 (γ = 0, насос не имеет подачи) U= U. При задании перекладки перемещением поста управления равновесие U= U нарушается (например, U> U).
Люлька насоса поворачивается, появляется напряжение U, которое стремится компенсировать утраченное равновесное состояние.
При малых углах перекладки ( до 5° ) U уравновешивает U, и серводвигатель в этом случае останавливается.
По мере поворота руля происходит увеличение U, так что сумма (U+ U) становится больше U. Серводвигатель изменяет направление вращения. Насос уменьша-
ет подачу. В новом согласованном положении U= 0, равновесие восстанавливается U= = U.
Поворот золотника гидроусилителя γне превышает 15 - 30°. При учете масштаб-
ных соотношений, принятых в схеме формирования управляющего сигнала U, это соответствует углу поворота руля 5 - 10°.
Поэтому при перекладке на большие углы после выхода насоса на максимальную подачу параметр U сохраняет постоянное значение, соответствующее принятому пре-
дельному повороту золотника γ.
Суммарное напряжение U+ Uне уравновешивает задающее U и на серводвига-
теле СР образуется положительный управляющий сигнал. Серводвигатель развивает вращающий момент.
В то же время золотник гидроусилителя достиг конечного положения и его дальней
ший поворот невозможен.
Для облегчения теплового режима работы серводвигателя в кинематической связи между ним и золотником предусматривается пружинная муфта проскальзывания .
При подходе к заданному положению ( α = 4 - 5°) серводвигатель останавливается, и в дальнейшем обратным вращением уменьшает подачу насоса от максимальной до нуля, так же как и при перекладке на малые углы.
10. Виды управления рулевыми электроприводами
По характеру формирования управляющего сигнала различают 4 вида управления рулевыми приводами:
При простом управлении используют кнопки «Лево руля», «Право руля» или вер-
тикально расположенный рычаг ( «джостик» ), который можно наклонять влево или впра-
во.
При нажатии какой-либо кнопки или наклоне рычага начинается перекладка руля. Для остановки руля надо отпустить нажатую кнопку или вернуть рычаг в вертикальное положение.
Таким образом, кладка пера руля продолжается все то время, пока нажата кнопка или наклонен рычаг. Поэтому этот вид управления называют управлением по времени.
Для возврата руля в прежнее положение ЭД реверсируют нажатием другой кнопки или наклоном рычага в противоположную сторону.
Положение руля определяется визуально по шкале рулевого указателя ( аксио-
метра ).
В этой системе при перекладке руля в сторону от диаметральной плоскости и об-
ратно следует осуществить 4 операции ( на примере рычага ): перекладку рычага в сторо-
ну ( например, вправо ), возврат его в среднее положение, перекладку в обратную сторону ( влево ) и возврат опять в среднее положение.
При следящем управлении используют штурвал. При повороте штурвала, напри-
мер, вправо на определенный угол, начинается перекладка пера руля. При повороте пера руля на угол, заданный штурвалом, перо руля остановится автоматически. Таким обра-
зом, перо руля как бы следит за поворотом штурвала, отсюда название «следящее управ
ление».
Поскольку угол поворота пера руля равен ( или пропорционален ) углу поворота штурвала, этот вид управления называют управлением по пути ( пройденному штурвалом при его повороте ).
Штурвал механически связан со стрелкой, указывающей заданное положение руля. После отработки руль автоматически перекладывается на требуемый угол, что может быть проверено по аксиометру. В некоторых случаях указательные стрелки задан
ного и действительного положений руля работают на общую шкалу совмещенного ( сдвоенного ) аксиометра.
Для перекладки руля к борту и обратно рулевому нужно совершить только 2 опе
рации: переложить штурвал на нужный угол и вернуть его в нулевое положение. У Следящее управление значительно проще и удобнее, требует меньшей затраты физических сил и внимания.
При автоматическом управлении удержание судна на курсе осуществляется авто-
матически, без участия человека. Предварительно рулевой матрос, по команде вахтенного помощника ( старшего помощника, капитана ) выводит судно на необходимый курс, используя простое или следящее управление.
После этого, в момент, когда судно на заданном курсе, а перо руля - в диаметраль-
ной плоскости, переключатель видов управления на тумбе рулевого устройства переводят в положение «Автоматическое управление» ( «Автомат» ).
На судах с центральной ЭВМ автоматическое управление предполагает задание угла перекладки руля по определенной программе, разрабатываемой автоматически судовым счетно-вычислительным комплексом ( составной частью центральной ЭВМ ) в зависимости от решаемых навигационных или иных задач.
В настоящее время на транспортных судах применяют наиболее простые рулевые автоматы, обеспечивающие автоматическую стабилизацию судна на заданном кур-
се.
Применение авторулевых позволяет:
уменьшить путь, проходимый судном ( в среднем на 2,5-3% по сравнению с ручным уп-
равлением ).
Внимание!
Современные авторулевые при работе на «Автомате» позволяют изменить курс судна в нужную сторону простым поворотом штурвала, без перехода на следя-
щее или простое управление. Такая необходимость во внезапном изменении курса может возникнуть, например, при расхождении со встречным опасно маневрирую-
щим судном.
Аварийное управление применяют тогда, когда остальные виды управления простое, следящее и автоматическое, отказали.
На судах с секторными рулевыми приводами аварийное управление осуществляют при помощи сдвоенного штурвала ( см. рис. 10.3. Рулевой привод с секторной передачей )
На судах с гидравлическими рулевыми машинами аварийное управление осущест-
вляют воздействием вручную на манипулятор барабана насоса Холла. При этом ротор насоса Холла должен вращаться ( т.е. при обесточивании судна этот вид управления не действует в отличие от секторного рулевого привода ).
11. Требования Конвенции SOLAS-74 и Правил Регистра к РЭП
11.1. Основные определения
Главным называется привод, предназначенный для управления судном в нормаль-
ных условиях эксплуатации.
Вспомогательным называется привод, предназначенный для управления судном в случае выхода из строя главного рулевого привода.
Силовым агрегатом рулевого привода называют механизмы, предназначенные для создания энергии, необходимой для поворота руля.
Силовым агрегатом электрического ( секторного ) рулевого привода является элек-
тродвигатель с относящимся к нему электрооборудованием.
Силовым агрегатом электрогидравлического рулевого привода является электро-
двигатель с относящимся к нему электрооборудованием и соединённым с ним насосом.
Системой управления называют устройство, предназначенное для передачи
команд с ходового мостика к силовым агрегатам рулевого привода.
Системы управления рулевым приводом включают:
11.2. Основные требования к рулевым электроприводам
1. Повреждение любого рулевого привода главного или вспомогательного, не должно выводить из строя другой;
2. Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход при аварии с главного рулевого привода на вспомогательный за время не более 2 минут;
ва в наиболее тяжёлых условиях эксплуатации ( при частой смене курса, при движении в битом льде, в штормовых условиях );
ния при работе судна на максимальной скорости заднего хода;
щий из одного или более силовых агрегатов, должен получать питание по двум отдельным фидерам, проложенным непосредственно от главного распределительного щита разными трассами. Фидеры должны прокладываться разными трассами, по возможности на макси-
мальном расстоянии друг от друга в горизонтальном и вертикальном направлении;
гидравлический привод допускается его питание осуществлять от фидеров главного элект-
ропривода. Каждый фидер должен быть рассчитан на питание всех электрических двига-
телей, которые нормально присоединены к нему и работают одновременно.
ного на ходовом мостике.
тическое подключение питания в течение 45 с от аварийного источника электрической энергии или от другого независимого источника, установленного в румпельном помеще-
нии и предназначенного только для этой цели.
ка должна обеспечивать непрерывное питание рулевого привода, а также связанной с ним системы дистанционного управления и указателей положения пера руля в течение не ме-
нее 30 мин, а для всех других судов - в течение не менее 10 мин.
ния судном ( подруливающие устройства ) должен соответствовать предусмотренным условиям работы всего устройства, но, по крайней мере, двигатели должны отвечать кратковременному режиму работы в течение не менее 30 мин.
.1. перекладку руля (поворотной насадки) с 35° одного борта на 30°
другого борта за время 28 с при действии расчетного момента рулевого привода на руль;
.2. непрерывную перекладку руля с борта на борт в течение 30 мин для каждого агрегата при полностью погруженном руле и максимальной скорости переднего хода, соответствующей этой осадке;
.3. непрерывную работу в течение 1 ч при наибольшей эксплуатационной скорости переднего хода и при перекладке руля на угол, обеспечивающий 350 перекладок в час;
.4. возможность стоянки электрического двигателя под током в течение 1 мин с нагретого состояния (только для рулей с непосредственным электрическим приводом);
.5. надлежащую прочность электрического привода при усилиях, возникающих при максимальной скорости заднего хода судна;
.6. мощность вспомогательных рулевых приводов должна обеспечивать перекладку пера руля (поворотной насадки) с 15° одного на 15° другого борта за время не более 60 с.
.7. двигатели рулевых приводов должны допускать перегрузку по моменту не ме-
нее 1,5 момента, соответствующего расчетному, в течение одной минуты.
14. Рекомендуется, чтобы была обеспечена возможность перекладки руля при сред-
ней скорости заднего хода.
15. Пуск и остановка электрических двигателей привода руля, кроме электрических двигателей рулей с непосредственным электрическим приводом, должны осуществляться из румпельного помещения и из рулевой рубки.
16. Пусковые устройства должны обеспечивать повторный автоматический запуск электрических двигателей при восстановлении напряжения после перерыва в подаче пита
ния.
17. В рулевой рубке и у поста управления главными механизмами должна быть предусмотрена световая и звуковая сигнализация:
.1. об исчезновении напряжения, обрыве фазы и перегрузке в цепи питания
каждого силового агрегата;
.2. об исчезновении напряжения в цепи питания системы управления;
.3. о минимальном уровне масла в любой из цистерн гидравлической системы.
Кроме того, должна быть предусмотрена индикация о работе электродвигателей силовых агрегатов рулевого привода.
18. Системы управления электроприводами рулевого устройства должны получать питание от силовой цепи рулевого привода в румпельном помещении или непосредствен-
но от шин распределительного устройства, питающего эту силовую цепь.
19. В румпельном помещении должны быть предусмотрены средства отключения любой системы управления с мостика от рулевого привода, который она обслуживает.
20. Каждая система дистанционного управления должна иметь собственную незави
симую цепь передачи сигналов управления исполнительному механизму рулевого приво-
да.
рата должно соответствовать направлению перекладки пера руля.
21. В системе кнопочного ( простого ) управления кнопки должны быть расположе-
ны таким образом, чтобы включение кнопки, находящейся с правой стороны, обеспечива-
ло движение пера руля вправо, а находящейся с левой стороны - движение его влево.
22. К установке допускаются авторулевые, воздействующие на рулевую машину по
средством собственной системы передачи или использующие для этого штатную ручную систему управления рулевым приводом, а также адаптивные авторулевые.
11.3. Основные требования к авторулевым
Автоматическим рулевым ( авторулевым ) называют прибор, предназначенный для автоматического управления рулевым приводом с целью удержания судна на заданном курсе.
Авторулевые относятся к оборудованию судов, на которое распостраняются требо-
вания Международной конвенции по охране человеческой жизни на море ( SOLAS-74 ).
К основным требованиям относятся следующие:
.1. с точностью ±1º при скорости не менее 6 узлов;
.2. при амплитуде рыскания не более 1º при состоянии моря до 3 баллов и 4º - до 5 баллов;
во для ручного управления рулём в виде штурвала или кнопочного поста управления с кнопками «Лево», «Право»;
щих при автоматическом управлении выполнить экстренный поворот на любой угол, вплоть до полной циркуляции;
ной плоскости судна, чтобы исключить его влияние на магнитный компас;
12. Системы управления рулевыми электроприводами
12.1. Основные сведения
Ниже рассматриваются три характерных системы управления рулевыми электроприводами:
1. простого управления, при помощи кнопок «Лево руля», «Право руля»;
2. следящего управления, при помощи штурвала;
3. автоматического управления.
12.2. Система простого управления секторным рулевым электроприводом
Основные сведения
Схема предназначена для управления рулевым электроприводом при помощи кно-очного поста с кнопками «Лево», «Право» и «Ускорение». Такой вид управления называ-
ется простым..
Кнопки «Лево», «Право» задают направление перекладки пера руля, кнопка «Уско-
рение» при её нажатии увеличивает скорость перекладки пера руля.
Рис. 10.25. Схема простого управления РЭП судов типа «Волго-Балт»
Силовая часть схемы
В данной схеме применена система генератор-двигатель, включающая в себя:
Генератор G имеет на главных полюсах 3 обмотки:
Двигатель М2 имеет на главных полюсах независимую обмотку LM2.
Обмотки якорей генератора и двигателя соединены последовательно.
Магнитные потоки независимой НОГ и ПрОВ параллельной обмоток генератора G
направлены согласно и намагничивают генератор. Последовательная обмотка L2C включе
на с переброшенными выводами, поэтому её магнитный поток направлен встречно магнит
ным потокам параллельной и независимой обмоток, т.е. эта обмотка размагничивает гене-
ратор.
Таким образом, результирующий магнитный поток генератора
Ф рез = ( Ф ног + Ф пров ) - Ф пко.
Такое включение обмоток генератора G позволяет получить его крутопадающую внешнюю характеристику ( рис. 10.24, а ).
Рис. 10.26. Внешняя характеристика генератора G с ПКО ( а ); механическая характеристика исполнительного двигателя М2 ( б )
Напряжение генератора передаётся на обмотку якоря исполнительного электродви-
гателя М2, поэтому механическая характеристика двигателя ( рис. 10.24, б ) повторяет внешнюю характеристику генератора.
Как следует из графиков внешней и механической характеристик, описанное выше включение обмоток возбуждения генератора позволяет ограничить ток стоянки двигателя I ( например, при заклинивании пера руля ) и равный ему ток короткого замыкания генератора I до безопасных значений ( обычно ток стоянки I ≤ 2,5 Iпо услови-
ям коммутации ).
Для питания независимых обмоток генератора L1C и двигателя LМ2 используются 2 одинаковых трансформаторно-выпрямительных блока ( ТВБ ).
Каждый блок состоит из понижающего трансформатора Т1 ( Т2 ) и выпрямитель-
ного мостика V1 ( V2 ). При работе схемы один из блоков рабочий, второй резервный.
Для переключения блоков служит 4-полюсный переключатель S6. На схеме контак
ты переключателя 1…8 находятся в положении «В работе левый ТВБ, в резерве правый ТВБ .
Параллельно обмоткам возбуждения L1С, L3С и LМ2 включены разрядные резис-
торы соответственно R4, R6 и R5 , предназначенные для уменьшения перенапряжений на этих обмотках при их отключении. Эти перенапряжения возникают на обмотках под дей-ствием ЭДС самоиндукции при снятии питания с обмоток ( отключении обмоток ).
Последовательно с обмотками L3С и LМ2 включены регулировочные резисторы соответственно R3 и R2, предназначенные для получения необходимого значения токов возбуждения генератора ( резистор R3 ) и двигателя ( R2 ).
Ползунки этих резисторов перемещают только при настройке рулевого привода.
Основные элементы схемы
менты F1, F2, F3 включены последовательно в линейные провода А, В, С );
ния пульсаций выпрямленного напряжения;
ков;
енератора G;
исполнительного двигателя М2;
генератора G;
генератора G от перенапряжений при размыкании контактов кнопок «Лево» или «Право»;
двигателя М2 от перенапряжений при переключении контактов переключателя S6;
чек Н1, Н2;
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают автоматический выключатель рулевого устройства на ГРЩ ( на схеме не показан ).
Загорается сигнальная лампочка Н1 ««Питание на схему подано».
Затем нажимают кнопку S4 «Пуск», включается линейный контактор КМ.
Замыкаются главные контакты КМ ( включается приводной двигатель М1 ) и пере
ключаются вспомогательные контакты.
Верхний ( на схеме ) вспомогательный контакт КМ шунтирует кнопку «Пуск», пос-
ле чего её можно отпустить; средний контакт КМ размыкается, отключая лампочку Н1 ««Питание на схему подано», а нижний замыкается, включая лампочку Н2 «Двигатель М1 включён».
Приводной двигатель М1 вращает якорь генератора G.
Через контакты S6.1, S6.3 и предохранители FU7, FU8 напряжение сети поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. Вторичное напряжение выпрямляется мости-
ком V1.
При этом образуются цепь независимой обмотки возбуждения LM2 двигателя M2:
«плюс» на левом выводе V1 контакт S6.5 LM2 ( параллельно R5 ) R2 - контакт S6.7 дроссель L1 - «минус» на правом выводе V1;
и цепь тока через вольтметр рV:
плюс» на левом выводе V1 контакт S6.5 FU13 катушка вольтметра pV F12 -контакт S6.7 дроссель L1 - «минус» на правом выводе V1.
Двигатель возбуждается, а вольтметр показывает напряжение на выходе мостика V1. При необходимости это напряжение можно изменить в нужную сторону при помощи подстроечного резистора R2.
Схема готова к работе.
Пусть необходимо положить руль на левый борт.
При нажатии сдвоенной кнопки S2 «Лево» образуется цепь тока через независи-
мую обмотку возбуждения генератора L1С:
плюс» на левом выводе V1 S6.5 S2.1( верхний ) S1.2 S7 - L1С ( параллельно через R4) - R1 S1.1 ( нижний ) S2.2 ( нижний ) S6.7 L1 - «минус» на правом выводе V1.
Генератор G возбуждается, исполнительный двигатель М2 начинает перекладывать перо руля.
Перекладка продолжается до тех пор, пока не будет отпущена кнопка S2 или ( если эта кнопка своевременно не отпущена ) не разомкнётся контакт конечного выключателя S7 «Лево».
Аналогично работает схема при нажатии кнопки S1 «Право».
Если надо ускорить кладку, нажимают кнопку S3 «Быстрее», которая шунтирует резистор R1. Ток возбуждения генератора в обмотке L1C и напряжение генератора G увеличиваются, скорость перекладки возрастает.
С баллером руля механически связаны путевые выключатели S7, S8 и S9. Если перо руля находится в диаметральной плоскости, замкнуты контакты S8, горит лампочка Н4 белого цвета.
C началом кладки руля вправо контакт S8 размыкается ( гаснет лампочка Н4 ) и замыкается контакт S7, загорается лампочка Н3 зелёного цвета.
При перекладки руля влево контакт S8 размыкается ( гаснет лампочка Н4 ), замыка
ется контакт S9, загорается лампочка Н5 красного цвета.
Лампочки Н3, Н4, Н5 встроены в верхнюю часть рулевой тумбы, по ним рулевой матрос контролирует фактическое направление перекладки пера руля.
По Правилам Регистра, конечные выключатели S7 и S8 прекращают кладку пера руля при углах 32-33º.
12.3. Система следящего управления гидравлическим рулевым приводом
Бесконтактная схема управления гидравлическим рулевым приводом применяется
на пассажирских судах типа «Александр Пушкин».
На рис. 10.27 показана схема только следящего управления.
Описание схемы управления
Силовая часть схемы
Силовая часть схемы включает в себя:
сти ( насос Холла ).
Схема управления
Схема управления включает в себя :
Рис. 10.27. Схема следящего управления РЭП судов типа «А. Пушкин»
Силовой трансформатор Тр1
Первичная обмотка трансформатора подключена к фидеру напряжением 380 В, питающему приводной двигатель ИД насоса Холла.
От вторичной обмотки Тр1 питаются 4 цепи:
1. цепи параллельно включенных обмоток возбуждения:
а ) сельсина-трансформатора поста управления ПУ обмотка 6;
б ) сельсина-трансформатора ОС2 насоса Холла обмотка 5;
в ) тахогенератора ТГ обмотка 3 ( эта обмотка включена через небольшой автотрансформатор АТр, позволяющий регулировать напряжение на ней );
г ) сельсина-трансформатора руля ОС1 обмотка 7;
чены конденсатор С и резистор R );
Электрические машины в схеме
Сельсин-трансформатор поста управления ПУ
Состоит из статора и ротора. На статоре находится однофазная обмотка возбужде-
ния 6, на роторе трехфазная обмотка, соединенная в звезду ( рис. 10.27 ).
Из трех фазных обмоток одна не используется, поэтому две другие по схеме соеди
нены последовательно.
Ротор сельсина-трансформатора ПУ механически соединен со штурвалом.
Этот сельсин предназначен для получения напряжения, пропорционального углу поворота штурвала.
Если штурвал, а значит, и ротор сельсина находятся в нулевом положении, выход-
ная ЭДС сельсина е1 = 0.
Если штурвал повернуть в определенную сторону, на выходе сельсина ПУ появит-
ся ЭДС е1, величина которой пропорциональна углу поворота штурвала, а фаза зависит от направления поворота штурвала.
Иначе говоря, если штурвал повернуть в другую сторону относительно нулевого положения, фаза ЭДС е1 изменится на 180º.
Сельсин-трансформатор насоса Холла ОС2
Состоит из статора и ротора. На статоре находится однофазная обмотка возбужде-
ния 5, на роторе трехфазная обмотка, соединенная в звезду ( рис. 10.27 ).
Из трех фазных обмоток одна не используется, поэтому две другие по схеме соеди
нены последовательно.
Ротор сельсина-трансформатора ПУ механически соединен с ротором серводвига-
теля руля СР ( на схеме эта связь показана пунктирной линией между роторами СР и ОС2 ).
Ротор СР механически ( через тягу манипулятора насоса Холла ) связан с бараба-
ном насоса Холла, значит, ротор сельсина ОС2 также связан механически с барабаном насоса Холла.
Этот сельсин предназначен для получения напряжения, пропорционального смеще
нию барабана насоса Холла ( эксцентриситету насоса ).
Если барабан насоса, а значит, и ротор сельсина находятся в нулевом положении, выходная ЭДС сельсина е2 = 0.
Если барабан насоса выведен из нулевого положения в определенную сторону, на выходе сельсина ОС2 появится ЭДС е2, величина которой пропорциональна эксцентриси-
тету насоса, а фаза зависит от направления смещения барабана.
Иначе говоря, если барабан сместить в другую сторону относительно нулевого положения, фаза ЭДС е2 изменится на 180º.
Напомним, что чем больше эксцентриситет насоса, тем больше подача ( давление ) насоса и тем больше скорость перекладки пера руля.
Тахогенератор ТГ
Состоит из статора и полого ротора ( на рис. 10.27 заштрихован ). На статоре нахо-
дятся две обмотки, сдвинутые в пространстве по углом 90º - обмотка возбуждения 3 и выходная обмотка с ЭДС е3 . Ротор механически связан с валом серводвигателя руля СР ( эта связь показана при помощи пунктирной линии между роторами СР и ТГ ).
Тахогенератор предназначен для получения ЭДС е3, прямо пропорциональной ско
рости вращения вала серводвигателя СР
Действительно, из формулы ЭДС е3 = с*ω*Ф следует, что при постоянном магнит-
ном потоке Ф обмотки возбуждения 3 эта ЭДС е3 ≡ ω.
При изменении направления вращения ротора тахогенератора фаза ЭДС е3 изменя-
ется на 180 электрических градусов.
Основной характеристикой тахогенератора является зависимость выходного напря
жения Uвых ( в данном случае выходной ЭДС е3 ) от скорости вращения ротора ω ( рис. 10.28 ).
Рис. 10.28. Зависимость выходного напряжения тахогенератора от скорости враще-
ния ротора при полном ( характеристика 1 ) и ослабленном магнитном потоке ( ха-
рактеристика 2 ).
Характеристика имеет две особенности:
ния ротора ω, поэтому график характеристики представляет собой прямую линию;
В данной схеме ( рис. 10.27 ) при помощи автотрансформатора АТр можно изменять магнитный поток возбуждения тахогенератора.
Пусть характеристика 1 получена при полном магнитном потоке Ф тахогенератора ( ползунок АТр находится в крайнем верхнем положении ).
Если при помощи автотрансформатора АТр уменьшить магнитный поток возбужде
ния тахогенератора ( переместить ползунок АТр вниз ), то, как следует из формулы ЭДС е3 = с*ω*Ф, значения этой ЭДС при тех же ( т.е. одинаковых ) скоростях вращения ротора будут меньше, чем при полном магнитном потоке.
Поэтому ослабленному магнитному потоку обмотки возбуждения 3 соответствует характеристика 2.
Сельсин-трансформатор руля ОС1
Состоит из статора и ротора. На статоре находится однофазная обмотка возбужде-
ния 6, на роторе трехфазная обмотка, соединенная в звезду. Из трех фазных обмоток одна не используется, поэтому две другие по схеме соединены последовательно.
Ротор сельсина-трансформатора ОС1 механически соединен с баллером руля.
Этот сельсин предназначен для получения напряжения, пропорционального углу поворота пера руля.
Если перо руля в диаметральной плоскости, значит, ротор сельсина находится в нулевом положении, выходная ЭДС сельсина е4 = 0.
Если перо руля повернется в определенную сторону, на выходе сельсина появит-
ся ЭДС е4, величина которой пропорциональна углу поворота пера руля, а фаза зависит от направления поворота пера руля.
Иначе говоря, если перо руля будет повернуто в другую сторону относительно нулевого положения, фаза ЭДС е4 изменится на 180º.
Серводвигатель руля СР
Состоит из статора и полого ротора, который на рис. 10.27 заштрихован. На статоре находятся две обмотки - обмотка возбуждения 1 и обмотка управления 2.
Обмотка возбуждения 1 получает питание от вторичной обмотки трансформатора Тр1, обмотка управления 2 получает питание с выхода мостовой схемы на четырех магнит
ных усилителях ( устройство и принцип действия мостовой схемы отдельно объясняется ниже ).
Основной характеристикой серводвигателя является зависимость скорости враще-
ния ротора СР ω от напряжения управления Uу на обмотке 2 ( рис. 10.29 ).
Рис. 10.29. Зависимость скорости вращения ротора серводвигателя руля СР от напряжения на обмотке управления 2
Этот серводвигатель предназначен для перемещения ( через гидроусилитель, на рис. 10.27 не показан ) барабана насоса Холла.
Чем быстрее вращается ротор, тем быстрее перемещается барабан насоса Холла, тем быстрее нарастает давление в системе гидравлики рулевой, тем больше скорость перекладки пера руля.
С одной стороны, это хорошо, но с другой быстрое нарастание давления в системе гидравлики может вызвать гидравлический удар, при котором возможно повреждение клапанов и даже разрыв масляного трубопровода.
Чтобы избежать таких ударов, в схеме используется тахогенератор ТГ, который уменьшает скорость вращения ротора СР и тем самым позволяет избежать возникновения гидравлических ударов. Более подробное объяснение действия тахогенератора в схеме приведено ниже.
Реверсивный магнитный усилитель
Устройство
Реверсивный магнитный усилитель состоит из четырех магнитных усилителей МУ1…МУ4, включенных по так называемой мостовой схеме ( рис. 10.27 ).
Эта схема изображена в несколько ином виде на рис. 10.30.
Рис. 10.30. Мостовая схема реверсивного магнитного усилителя
Как известно из курса электротехники, мостовой называется схема, имеющая четы-
ре «плеча» и две диагонали.
Применительно к данной схеме, «плечами» являются четыре магнитных усилителя МУ1…МУ4, а диагоналями питающая ( с точками «А» и «В») и выходная ( с точками «С» и «D» ).
На входную диагональ ( точки «А» и «В» ) подается напряжение 127 В со вторич-
ной обмотки трансформатора Тр1, с выходной ( точки «В» и «С» ) снимается напряжение на обмотку управления 2 серводвигателя руля СР.
На рис. 10.30 обмотки управления ОУ магнитных усилителей МУ1…МУ4 не показаны.
Магнитные усилители
На сердечнике каждого магнитного усилителя ( рис. 10.27 ), например, МУ1, нахо-
дятся две рабочие обмотки РО1 и РО2 и обмотка управления ОУ.
Рабочие обмотки при помощи диодов VD1 и VD2 включены по схеме с внутренней положительной обратной связью.
Суть этой схемы состоит в том, что рабочие обмотки из-за диодов пропускают ток поочередно, каждая в «свою» половину периода переменного напряжения. Иначе говоря, ток в любой рабочей обмотке выпрямленный однополупериодный.
Как известно из курса электротехники, такой ток имеет две составляющие:
Переменная состаляющая тока позволяет рабочей обмотке сохранить индуктивное сопротивление Xl = 2π*f*L, где f = 50 Гц, L индуктивность рабочей обмотки.
Постоянная же составляющая создает дополнительное ( помимо обмотки управле-
ния ОУ ) подмагничивание сердечника МУ и тем самым увеличивает коэффициент усиле-
ния МУ по току.
Обмотки управления ОУ1…ОУ4 ( рис. 10.27 ) включены попарно-последовательно на выходные напряжения мостиков 8 и 9: с выхода мостика 8 питаются обмотки ОУ2 и ОУ4, с выхода мостика 9 обмотки ОУ1 и ОУ3.
Принцип действия
В исходном состоянии выпрямленные мостиками напряжения U8 и U9 одинаковы, т.е. U8 = U9 ( рис. 10.27 ).
В этом случае токи управления во всех четырех обмотках управления ОУ1……О4 также одинаковы. Это означает, что степень подмагничивания сердечников магнитных усилителей одинакова, т.е. одинаковы индуктивные сопротивления всех восьми рабочих обмоток РО1…РО2.
При этом мост уравновешен, выходное напряжение между точками «С» и «D» рав-
но нулю ( точка «0» на рис. 10.31 ).
Рис. 10.31. Зависимость выходного напряжения мостовой схемы
( на обмотке 2 СР ) от соотношения между напряжениями U8 и U9
Поскольку это напряжение снимается на обмотку управления 2 серводвигателя руля, серводвигатель не вращается.
Если в результате поворота штурвала ( см. ниже ) напряжение U8 увеличится, а напряжение U9 уменьшится, ток в обмотках управления ОУ2 и ОУ4 увеличится, а в обмотках ОУ1 и ОУ3 уменьшится.
При этом индуктивные сопротивления рабочих обмоток усилителей МУ2 и МУ4 уменьшатся, а усилителей МУ1 и МУ3 увеличатся.
В результате на выходе магнитного усилителя ( точки «С» и «D» ) появится напря-
жение определенной фазы, величина которого тем больше, чем больше отличаются напря
жения U8 и U9 ( на рис. 10.31 это участок характеристики в первом квадранте ). Ротор серводвигателя станет вращаться в определенном направлении.
Если штурвал повернуть в другую сторону, наоборот, напряжение U8 уменьшится, а напряжение U9 увеличится. Мост снова выйдет из уравновешенного состояния, но при этом фаза выходного напряжения на обмотке управления 2 серводвигателя изменится на 180º ( на рис. 10.31 это участок характеристики в третьем квадранте ).
В результате ротор серводвигателя станет вращаться в противоположном направ-
лении.
Работа схемы
Исходное состояние
В рулевых электроприводах под исходным состоянием понимают такое, при кото-
ром штурвал находится в нулевом положении, а перо руля в диаметральной плоскости.
В данной схеме ( рис. 10.27 ) в этом исходном состоянии:
Поскольку эти четыре ЭДС отсутствуют, на вход мостика 8 поступает напряже-
ние U1 с верхней вторичной полуобмотки трансформатора Тр1, на вход мостика 9 напря
жение U2 c нижней вторичной полуобмотки этого же трансформатора.
Поскольку на мостиках 8 и 9 одинаковы входные переменные напряжения, значит одинаковы выходные выпрямленные напряжения.
Поэтому токи в парах обмоток управления ОУ2+ОУ4 и ОУ1+ОУ3 одинаковы, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 уравновешен, напряжение на выходе моста, снимае
мое на обмотку управления 2 серводвигателя руля, отсутствует. Ротор серводвигателя руля СР неподвижен.
Работа схемы
Для упрощения объяснения рассмотрим работу схемы ( рис. 10.27 ) без тахогенера-
тора ТГ ( его работа объясняется отдельно ниже ).
Поскольку тахогенератор исключен, в схеме остались четыре электрические машины:
1. сельсин-трансформатор поста управления ПУ;
2. сельсин-трансформатор руля ОС1;
3. сельсин-трансформатор насоса Холла ОС2;
4. серводвигатель руля СР.
Напомним следующее:
1. ротор сельсина-трансформатор поста управления ПУ механически связан со штурвалом ( мостик );
2. ротор сельсина-трансформатора руля ОС1 механически связан с баллером руля ( румпельное отделение );
3. ротор сельсина-трансформатор насоса Холла ОС2 механически связан с ротором серводвигателя руля СР ( румпельное отделение ).
При этом серводвигатель руля СР и сельсин-трансформатор насоса ОС2 размеще-
ны внутри коробки блока, который называется исполнительным механизмом насоса ( ИМ ).
Исполнительный механизм пристроен к корпусу насоса Холла и предназначен для перемещения барабана насоса Холла.
Для упрощения объяснения работу схемы при следящем управлении разделим на две части:
1. работа схемы при повороте штурвала;
2. работа схемы при повороте пера руля.
При этом между первой и второй частью нет перерыва во времени, т.е. обе части являются половинами единого процесса, который начинается с поворота штурвала, а заканчивается поворотом руля и его остановкой.
Работа схемы при повороте штурвала ( рис. 10.27 )
При повороте штурвала на определенный угол, например, вправо, ротор сельсина-
трансформатора поста управления ( ПУ ) поворачивается, и на его выходе появляется ЭДС е1. Условное мгновенное направление этой ЭДС на рис. 10.23обозначено стрелкой ( слева направо ).
Эта ЭДС совпадает по фазе с напряжением U2 и противоположна по фазе напряже-
нию U1.
Поэтому на входе мостика 9 напряжение увеличится от значения U9 = U2 ( в исход-
ном состоянии ) до значения U9 = U2 + е1.
Напротив, на входе мостика 8 напряжение уменьшится от значения U8 = U1 ( в ис-
ходном состоянии ) до значения U8 = U1 - е1.
Поэтому ток в паре обмоток ОУ1+ОУ3 увеличится, а в паре обмоток ОУ2+ ОУ4 уменьшится. В результате мостовая схема магнитного усилителя на МУ1……МУ4 выйдет из состояния равновесия, и на выходе этой схемы, т.е. на обмотке управления 2 СР, появит
ся напряжение, величина которого прямо пропорциональна углу поворота штурвала, а фа-
за зависит от направления поворота штурвала ( при повороте штурвала в другую сторону фаза этого напряжения изменится на 180º ).
Серводвигатель СР начинает вращаться и при этом через гидроусилитель ( на схе-
ме не показан ) станет выводить барабан насоса Холла из нулевого положения и одновре
менно поворачивать ротор сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2.
На выходе этого сельсина появится ЭДС е2, фаза которой противоположна фазе ЭДС е1.
Как только возрастающая по мере вывода барабана ЭДС е2 достигнет значения ЭДС е1, обе ЭДС скомпенсируют друг друга, и напряжения на входах мостиков 8 и 9 станут одинаковыми.
В результате токи в обмотках управления ОУ1+ОУ3 и ОУ2+ОУ4 станут одинако-
выми, мостовая схема вернется в состояние равновесия, и напряжение на обмотке управле
ния 2 уменьшится до нуля.
Серводвигатель СР остановится, успев вывести барабан насоса Холла из нулевого положения.
Из сказанного выше становится понятным назначение сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2 остановить барабан насоса в смещенном ( рабочем ) положении.
Продолжение - работа схемы при повороте пера руля( рис. 10.27 )
Поскольку барабан насоса смещен относительно нулевого положения, начинается кладка пера руля.
При повороте руля на выходе сельсина-трансформатора руля появится ЭДС е4,фаза которой противоположна ЭДС е1. Поскольку перед этим две ЭДС - е1 и е2 скомпенсирова
ли друг друга, их результирующее действие равно нулю. Условно можно считать, что эти ЭДС отсутствуют.
Поскольку ЭДС е4 совпадает по фазе с напряжением U1 и противоположна по фазе напряжению U2 ( cмотри направление стрелок при ЭДС е4 и напряжениях U1 и U2 ), напря
жение U8 увеличится до значения U8 = U1 + е4 , а напряжение U9 уменьшится до значения U9 = U2 е4 .
Поэтому ток в паре обмоток ОУ1+ОУ3 уменьшится, а в паре обмоток ОУ2++ ОУ4 увеличится.
В результате мостовая схема магнитного усилителя на МУ1……МУ4 повторно выйдет из состояния равновесия, и на выходе этой схемы, т.е. на обмотке управления 2 СР появится напряжение противоположной фазы ( по отношению к напряжению, возникшему сразу после поворота штурвала - см. выше ).
Серводвигатель СР реверсирует и станет возвращать в исходное положение бара-
бан насоса Холла и, одновременно, ротор сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2.
По мере возвращения барабана насоса в исходное положение подача насоса, а зна
чит, скорость перекладки пера руля непрерывно уменьшаются.
При движении ротора сельсина-датчика насоса Холла выходная ЭДС сельсина е2 также непрерывно уменьшается.
Таким образом, на этой второй части работы схемы ЭДС е4 на выходе сельсина-трансформатора руля ОС1 увеличивается вследствие поворота пера руля ( е4 ↑ ), а ЭДС е2 уменьшается вследствие возврата ротора сельсина-трансформатора насоса ОС2 в нулевое положение (е2 ↓ ).
Величина же ЭДС е1 на выходе сельсина-трансформатора ПУ не изменяется, т.к. штурвал после поворота удерживается в этом положении рулевым матросом.
В момент времени, когда перо руля отработает заданный штурвалом угол, барабан насоса Холла возвращается в исходное положение. Поэтому ЭДС е2 сельсина-трансформа
тора наососа ОС2 равна нулю (е2 = 0 ), а ЭДС е4 компенсирует ЭДС е1.
С этого момента времени на входах мостиков восстанавливаются одинаковые на-
пряжения U8 = U9, мост повторно возвращается в уравновешенное состояние, при котором напряжение на обмотке 2 становится равным нулю. Серводвигатель останавливается.
В результате перо руля повернуто на угол, заданный штурвалом, и остановлено. Кладка пера руля окончена.
Как видно из объяснения, барабан насоса Холла при помощи серводвигателя руля СР возвратно-поступательное движение: сначала был выведен из исходного состояния, остановлен, а затем возвращен в исходное состояние.
Описанный процесс происходит при повороте штурвала на небольшие углы, до значения ±5º.
Работа схемы управления при углах поворота пера руля свыше ±5º
При повороте штурвала на углы, большие ±5º, серводвигатель СР включает ся ( см. выше ) , смещает барабан насоса Холла до упора и останавливается ( стоянка под током ).
Поскольку ЭДС е1 сельсина-трансформатора ПУ гораздо больше, чем ЭДС е2 сельсина-трансформатора насоса, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 остается рассогласованным, поэтому на валу серводвигателя руля СР сохраняется момент стоянки под током , удерживающий барабан насоса Холла в выведенном состоянии.
При этом подача насоса Холла максимальная и постоянная, а скорость поворота пера руля максимальная.
Такой режим сохраняется до тех пор, пока разность углов поворота роторов сельси
нов ПУ и ОС1 не уменьшится до 5º.
В этот момент времени сумма ЭДС ( е2 + е4 ) скомпенсирует ЭДС е1. На входах выпрямительных мостиков 8 и 9 восстановятся одинаковые напряжения U8 = U9. Мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 вернется в состояние равновесия, а момент на валу серводвигателя руля СР уменьшится до нуля.
Поскольку в этот момент времени барабан насоса Холла остается смещенным, кладка пера руля продолжится.
Поэтому продолжающееся за счет поворота руля непрерывное увеличение ЭДС е4 приведет к изменению соотношения между напряжениями U8 и U9, а значит, к изменению фазы напряжения на обмотке 2 серводвигателя руля СР.
Серводвигатель реверсирует и станет возвращать барабан насоса Холла в исход-
ное состояние.
Далее процесс происходит так же, как описано выше, подача насоса Холла и ско-
рость движения пера руля постепенно уменьшаются, вплоть до возврата бараба-на насоса в исходное положение, при котором перо руля останавливается.
Роль тахогенератора ТГ
Если надо резко изменить курс, например, для того, чтобы разойтись со встречным судном, штурвал поворачивают сразу на большой угол.
При таком повороте штурвала, т.е. при задании сразу больших углов кладки, проис
ходит такое же резкое рассогласование моста на магнитных усилителях МУ1…МУ4.
При этом на обмотке 2 сразу же возникает большое напряжение, и серводвигатель станет выводить барабан насоса Холла с большой скоростью. Подача насоса Холла, а зна-
чит, давление масла в системе гидравлики рулевой машины станут быстро увеличиваться, в системе возникает гидравлический удар.
В результате возможен разрыв трубопровода или повреждение прокладок клапанов на рулевой машине ( авария ).
Чтобы уменьшить скорость серводвигателя, в схеме используется тахогенератор ТГ. Ротор тахогенератора механически связан с ротором серводвигателя, а фаза выходной ЭДС е3 тахогенератора противоположна фазе ЭДС е1 сельсина-трансформатора поста управления ПУ.
Узел с тахогенератором ТГ работает следующим образом.
При резком повороте штурвала ЭДС е1 скачкообразно увеличивается, поэтому на-
чальная скорость ротора серводвигателя руля СР будет максимальной.
Однако такой же будет и скорость вращения ротора тахогенератора. Значит, ЭДС е3 также будет максимальной. Действуя в противофазе с ЭДС е1, эта ЭДС е3 снизит ско-
рость ротора серводвигателя руля СР.
Аналогично работает тахогенератор, если резко вернуть штурвал в нулевое положе
ние.
В этом случае ЭДС сельсина-трансформатора поста управления ПУ е1 резко умень-
ается до нуля, но остается ЭДС е4 на выходе сельсина-трансформатора руля ОС1.
В результате эта ЭДС уже не компенсируется при помощи ЭДС е1, мост рассогла-
суется, серводвигатель включается и перемещает барабан насоса Холла из исходного со-
стояния в противоположное тому, которое было вызвано поворотом штурвала.
При этом перо руля станет возвращаться в нулевое положение.
Поскольку серводвигатель реверсировал, ротор тахогенератора вращается в обрат
ную сторону, и фаза ЭДС е3 изменяется на обратную ( на рис. 10.27 стрелка при ЭДС е3 на
правлена слева направо ).
В этом случае фаза ЭДС е3 противоположна фазе ЭДС е4 . Поэтому действие основ
ного сигнала, в данном случае, ЭДС е4 будет ослаблено.
В результате барабан насоса Холла будет перемещаться плавно, что позволит и в этом случае избежать гидравлических ударов в рулевой машине.
При небольших углах поворота штурвала гидравлические удары не возникают. В этом случае тахогенератор способствует плавному движению руля и его мягкой останов-
ке.
12.4. Система автоматического управления рулевым электроприводом
Отклонение судна от заданного курса воспринимается гирокомпасом ГК (рис. 10.32 ), который через датчик повернет ротор сельсина-приемника курса СП.
Последний через необратимую передачу НП поворачивает вал механического дифференциала МД. На второй вал механического дифференциала от штурвала подает-
ся заданное значение курса α. На выходном (третьем) валу МД получается разность между заданным и истинным значениями курса, которая характеризуется углом откло-
нения от заданного курса α.
Рис. 10.32. Структурная схема авторулевого
Выходной вал МД поворачивает датчик курса ДК, который вырабатывает напряже
ние
U= k α ( 10.11 ),
пропорциональное углу рассогласования судна по курсу. Это напряжение являет-
ся основным управляющим сигналом.
Два других управляющих сигнала вырабатываются в блоке коррекции БК, вклю-
чающем в себя дифференцирующее ДУ и интегрирующее ИУ устройства.
Дифференцирующее устройство вырабатывает сигнал
U= kdα/d t ( 10.12 ),
пропорциональный скорости отклонения от заданного курса. Сигнал этого устройства
предназначен для компенсации энергии поворота судна, т. е. для уменьшения его инер
ции путем отрицательной закладки руля.
Сигнал, вырабатываемый интегрирующим устройством, пропорционален инте
гралу от угла отклонения судна по времени
U= k ( 10.13 ),
Этот сигнал возникает при появлении внешних несимметричных сил ( волны, ветра ) и делает кладки пера руля несимметричными. Тем самым компенсируется снос судна с курса в результате действия односторонних сил.
Таким образом на входе усилителя У суммируются 3 сигнала (пропорциональный углу отклонения судна, его производной и интегралу ), образуя напряжение управления
U= k α + kdα/dt + k ( 10.14 ),.
Поэтому закон регулирования напряжения Uв сокращенном виде записывают так ПИД. Это означает, что напряжение управления имеет 3 составляющие - пропорциональ
ную ( П ) в виде напряжения U, интегральную ( И ) в виде напряжения U, и дифферен
циальную ( Д ) в виде напряжения U.
Напряжение управления Uподается на вход усилителя У, откуда усиленный сиг-
нал поступает на исполнительный двигатель ИД, который поворачивает управляющий орган насоса Н рулевой машины РМ.
Насос рулевой машины в соответствии с положением управляющего органа при
водит в движение поршни силовых цилиндров СЦ, которые будут поворачивать руль на угол β.
При повороте руля приходит в движение рулевой датчик РД, имеющий механи-
ческую связь с баллером, вырабатывающий сигнал отрицательной обратной связи
U = k β ( 10.15 ),.
Этот сигнал вычитается из управляющего сигнала, а поэтому ограничивает угол перекладки руля и вместе с сигналом U обеспечивает удержание судна на заданном кур
се (по закону незатухающих колебаний).
Исполнительный двигатель ИД связан с управляющим органом насоса через исполнительный механизм. В зависимости от типа РМ в комплект авторулевого может входить исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2.
В приборе ИМ-1 выходной валик имеет вращательное движение на некоторый угол ε, а в приборе ИМ-2 выходной валик совершает поступательное перемещение на некоторую величину l.
Значение смещения определяет подачу насоса, а соответственно и скорость пере
кладки руля. Таким образом,
ε = kdβ/dt ( 10.16 ),,
поэтому датчик ДН обратной связи по насосу, механически связанный с ИД, выра
батывает сигнал
U = k kdβ/d ( 10.17 ),
Этот сигнал отрицательной обратной связи вычитается из управляющего сигна-
ла и служит для уменьшения автоколебаний пера руля.
Процесс управления судном для удержания его на заданном курсе можно представить следующим образом.
При отклонении судна от заданного курса выработанный авторулевым управля-
ющий сигнал поступает через усилитель на ИД. Последний приводит в движение управ-
ляющий орган и датчик ДН, вырабатывает сигнал U, который вычитается из управляю-
щего сигнала усилителя.
Когда при определенном смещении управляющего органа насоса значение сигна-
ла отрицательной обратной связи станет равным управляющему сигналу на входе уси-
лителя, разность напряжений станет равной нулю, а следовательно, и напряжение, подаваемое на ИД, тоже станет равным нулю.
Двигатель остановится, а управляющий орган насоса будет повернут на опреде-
ленный угол. Насос рулевой машины в соответствии с управляющим органом приведет в движение поршни СЦ рулевой машины, которые будут поворачивать руль.
При повороте руля рулевой датчик РД вырабатывает сигнал U , который вычитается из управляющего сигнала усилителя.
Поскольку в рассматриваемый момент разность сигналов на усилителе была рав-
на нулю, то под действием сигнала обратной связи РД усилитель будет вырабатывать напряжение противоположной фазы, ротор ИД будет вращаться в обратную сторону и перемещать управляющий орган насоса к нулевому положению.
При этом сигнал U обратной связи датчика ДН насоса будет соответственно уменьшаться.
Когда управляющий орган насоса вернется в нулевое положение, рулевая маши-
на прекратит движение, руль остановится в определенном положении, сигнал датчика ДН будет равен нулю, сигнал датчика РД будет равен по значению управляющему напря
жению U и противоположен по знаку. Разность сигналов на входе усилителя опять бу-
дет равна нулю.
Под действием момента, создаваемого рулем, судно начнет возвращаться на за-
данный курс и в связи с этим значение управляющего напряжения U уменьшается. Это приводит к нарушению равенства сигналов и под действием напряжения, определяемого полярностью сигнала U рулевого датчика, ИД начинает смещать регулирующий орган насоса в противоположную сторону.
В результате обеспечивается возврат руля в диаметральную плоскость, когда судно оказывается на заданном курсе.
13.Электроприводы специального назначения
13.1. Основные сведения
Электроприводы специального назначения ( ЭСН ) делят на 2 группы:
К первой группе ЭСН относятся:
подруливающие устройства;
успокоители качки.
Ко второй группе относятся:
Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности судов. С их помощью судно может перемещаться лагом (бортом ) и даже совершать полный оборот на месте. Такие устройства применяют на обычных транспортных судах, а также на судах - паромах, предназначенных для перевозки колёсной техники.
Системы успокоителей качки применяют, в основном, на пассажирских судах и морских паромах, в условиях, когда качка достигает 35.. .40°. Предназначены для умень
шения амплитуды качки судов и , таким образом, повышения их остойчивости.
Системы кренования и дифферента применяют на ледокольных судах, для борьбы с заклиниванием корпуса судна во льдах и придания корпусу судна необходимой осадки. С их по-
мощью можно раскачивать судно с борта на борт или изменять осадку ( например, подвсплы-
вать ) и тем самым освобождать корпус судна, зажатый во льдах.
Системы откренивания судна применяют на судах с горизонтальным способом по-
грузки ( суда типа ро-ро ) для выравнивания крена. Применение этих систем повышает без
опасность грузовых операций и обеспечивает надёжность работы въездной аппарели.
Автоматические швартовные лебёдки( АШЛ ) применяют на судах любых типов для обеспечения постоянного натяжения швартовных канатов в условиях, когда изменяется осадка судна.
Последнее возможно при приливах и отливах, а также при погрузке и выгрузке судна. Одновременно они используются как якорно-швартовные устройства, т.е. для работы как со швартовными, так и с якорными канатами ( для перемещения швартовных канатов и подъёма и спуска якорей).
Основные сведения
Сила давления воды на перо руля определяется таким выражением
N = CS ( 10.18 ),,
где C- безразмерный коэффициент нормальной силы;
ρ = 1025 кг / м массовая плотность воды;
υ скорость набегающего на перо руля потока, м / с;
S площадь пера руля, м.
Как следует из ( 10.18 ), сила давления воды на перо руля прямо пропорциональна квадрату скорости.
Отсюда следует, что при движении судна малыми ходами сила давления воды на перо руля резко уменьшается, судно перестает слушаться руля. Поэтому на малых ходах
применяют подруливающие устройства.
Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности судна при движении судна с малой скоростью, например, при проходе каналов и узкостей, а также при подходе к причалу или отходе от него.
Эти устройства позволяют судну двигаться бортом ( лагом ), разворачиваться на месте, менять курс на малых ходах и значительно уменьшать радиус разворота судна.
Подруливающие устройства представляют собой цилиндрическую трубу ( тун-
нель ), расположенную в плоскости миделя ( т.е. в поперечной плоскости корпуса судна ) и свободно сообщающуюся с водой.
Внутри трубы находится винт с приводным электродвигателем. При работе электродвигателя винт создаёт поперечную силу ( упор ), направленную перпендикулярно корпусу судна.
Подруливающие устройства обычно устанавливают в носовой части судна, при их работе нос судна уходит вправо или влево относительно курса. На крупных судах могут быть несколько подруливающих устройств, расположенных в носовой, средней и кормовой частях судна.
Эти устройства используют винты двух видов:
Угол поворота лопастей ВФШ не изменяется.
Угол поворота лопастей ВРШ можно изменять, что приводит к изменению
тяги. При этом скорость электродвигателя винта не изменяется, что значительно упрощает схему управления ВРШ.
Для управления ПУ применяют электрические, электрогидравлические и реже
пневматические системы управления.
Устройство и принцип действия подруливающего устройства с ВРШ
К основным деталям устройства относятся ( рис. 10.33 ):
1 кронштейны ( 2 ), для крепления устройства к стенкам туннеля;
2 обтекатель, для уменьшения сопротивления винта потоку воды;
3 корпус подруливающего устройства;
4 рычаг серводвигателя преобразователя шага винта ( угла разворота лопастей );
5 вертикальный вал, для передачи вращающего момента от электродвигателя к винту;
6 люк для смены лопастей;
7 туннель;
8 поворотная лопасть винта.
Подруливающее устройство находится в туннеле 7 в носовой части судна и подвешено на двух кронштейнах 1.
Винт вращается двумя электродвигателями через редуктор ( не показан ), вертикальный вал 5 и коническую передачу ( на рис. 10.33 показана пунктиром в средней части ).
Устройство для изменения шага винта показано на функциональной схеме ( рис. 10.34 )
Функциональная схема электропривода подруливающего устройства с ВРШ
К основным деталям устройства относятся ( рис. 10.34 ):
Рис. 10.34. Функциональная схема электропривода подруливающего устрой-
ства с ВРШ
ЛПШ линейный преобразователь шага, для преобразования угла поворота лопастей винта в пропорциональное напряжение ;
ДНШ датчик нулевого шага, представляет собой конечный выключатель, контакты которого замкнуты только при нулевом шаге лопастей винта;
М приводной электродвигатель винта, для вращения винта;
ПП переключатель постов управления;
ПУ1- пост управления на крыле левого борта;
ПУ2 то же, в рулевой рубке;
ПУ3- то же, на крыле левого борта;
ПУ0 то же, в ЦПУ;
РУ распределительное устройство ( щит электропитания );
РШ регулятор шага винта, для выработки напряжения, ;
ЭГП электрогидравлический преобразователь;
РЗ распределительный золотник;
1 рычаг, для передачи информации о положении лопастей в ЛПШ и ДНШ;
2 сервомотор, для создания усилия, поворачивающего лопасти винта;
3 шток сервомотора, для передачи усилия от поршня сервомотора 2 к кондуктору 5;
4 коническая зубчатая передача, для передачи вращающего момента электродвигателя на ступицу винта ( т.е. для вращения винта );
5 кондуктор, устройство для непосредственного разворота лопастей винта.
Работа системы управления
Подготовка системы управления к работе
Для подготовки системы управления к работе:
1. подают питание 380 В переменного тока в распределительное устройст-
во РУ в рулевой рубке;
2. включают нажатием кнопок «Пуск» насосы смазочного масла и гидропри
вода, а также оба приводных двигателя подруливающего устройства.
Винт начинает вращаться, но упора не создаёт, т.к. в исходном положении шаг винта равен нулю;
тие управления» на корпусе выбранного поста, при этом загорается сигнальный светодиод «Управление принято». Для переключения постов управления служит переключатель постов ПП.
Система готова к работе.
Ввод системы в действие возможен при условии, что шаг винта равен нулю. Для контроля истинного значения шага винта каждый ПУ имеет светодиоды, которые загораются в положениях 0; 25; 50; 75 и 100% номинального шага винта в обоих направлениях.
Работа системы управления
Система управления представляет собой следящую систему, которая обеспечивает поворот лопастей на заданный с поста управления шаг винта.
Необходимый шаг задаётся при помощи рукоятки поста управления.
Пусть выбран пост управления ПУ2 в рулевой рубке.
При повороте рукоятки ПУ2 на необходимый угол сигнал из ПУ2, пропорциональ-
ный углу, поступает в переключатель постов ПП, в котором преобразуется в напряжение, пропорциональное заданному углу ( заданное напряжение ).
С выхода ПП напряжение поступает в электрогидравлический преобразователь ЭГП, выводящий шток распределительного золотника РЗ из нулевого положения.
При этом масло под давлением поступает через золотник в одну из полостей сервомотора 2, например, в левую. Шток сервомотора перемещается вправо и через кондуктор 5 начинает разворачивать лопасти винта. При этом величина перемещения штока пропорциональна истинному углу поворота лопастей.
В первый момент времени скорость поворота лопастей максимальная.
Перемещение штока через рычаг обратной связи 1 передаётся в линейный преобразователь шага ЛПШ. Этот преобразователь преобразует перемещение штока в пропорциональное напряжение обратной связи, фаза которого противоположна заданному напряжению.
В преобразователе ЛПШ эти два напряжения вычитаются, при этом напряжение на выходе ЛПШ, равное их разности, начинает, по мере поворота лопастей, уменьшаться.
В результате золотник ЭГП под действием возвратной пружины ( не показана )
начинает возвращаться в исходное положение, уменьшая подачу масла в цилиндр сервомотора 2. Это приводит к уменьшению скорости поворота лопастей.
Когда лопасти повернутся на заданный угол, напряжение обратной связи достигнет значения, равного заданному, поэтому напряжение на выходе ЛПШ исчезнет. При этом золотник вернется в исходное положение, шток 3 остановится.
Система управления готова к заданию нового угла поворота лопастей.
Основные сведения
В штормовых условиях крен судна достигает 35-40º. Поэтому на пассажир-
ских судах и паромах устанавливают специальные устройства успокоители качки ( УК ) .
УК представляют собой несущие крылья симметричного профиля, располо
женные с двух бортов на скуле судна в районе плоскости миделя ( рис. 10.35 ). Часто эти крылья называют: «бортовые рули».
Эти рули закреплены на баллере. Баллер стальной горизонтальный вал , предназначенный для передачи вращающего момента от гидравлического привода к перу рулю.
Принцип действия бортовых рулей
Рассмотрим принцип действия бортовых рулей ( рис. 10.35 )
. Пусть судно движется вперёд, а перо руля расположено в горизонтальной плоскости ( рис. 10.35, а ). Вода равномерно обтекает верхнюю и нижнюю плоскости руля и поэтому не оказывает давления на перо руля.
При опускании руля ( рис. 10.35, б ) вода начинает давить на нижнюю плоскость с силой Р. Эту силу можно разложить на две составляющие: горизонтальную Ри вертикальную Р.
Сила Рнаправлена противоположно движению судна и тормозит его.
Сила Р приподымает правую половину судна и создаёт крен на левый борт.
При подъёме руля ( рис. 10.35, в ) происходит обратное явление: сила Р приподымает левую половину судна и создаёт крен на правый борт.
Рис. 10.35. принцип действия успокоителя качки: а ) исходное положение правого руля; б ) руль опущен; в ) руль поднят; г ) схема действия гидродинамических сил на бортовых рулях ( вид со стороны кормы судна )
Поскольку рули расположены с разных бортов, они поворачиваются всегда в противоположные стороны. Например, при крене судна на правый борт руль правого борта надо опустить, а левого поднять. При этом возникает осстанавливающий момент М, который направлен навстречу кренящему моменту Ми компенсирует его ( рис. 10.35, г ).
Рули выдвижные, они располагаются в корпусных нишах. Если качки нет, рули утоплены в нишах. При появлении качки рули выдвигаются из ниш.
Для поворота и выдвижения ( уборки ) рулей служат гидравлические приводы, устроенные подобно приводу гидравлической рулевой машины. Масло в гидроцилиндры нагнетается при помощи насосов переменной подачи.
Автоматическая система управления успокоителями качки
Состав системы управления
Схемы системы управления показана на рис. 10.36.
Рис. 10.36. Система управления успокоителями качки
В состав схемы управления входят следующие элементы:
1 датчик крена, вырабатывает напряжение, пропорциональное углу крена;
2 датчик скорости бортовой качки, его напряжение пропорционально скорости движения корпуса судна при качке;
3 датчик ускорения, его напряжение пропорционально ускорению корпуса судна при качке;
4 прибор управления, в нём суммируются сигналы датчиков 1, 2, 3;
5 усилитель сигнала управления;
6 прибор управления насосом переменной подачи, в состав которого входит датчик подачи насоса ( т.е. скорости перекладки руля );
7 приводной электродвигатель насоса переменной подачи;
8 насос переменной подачи;
9 датчик угла перекладки руля.
При возникновении качки сигналы датчиков 1, 2, 3 поступают в прибор управления 4 и суммируются в нём. Суммарный сигнал через усилитель 5 поступает в прибор 6.
В результате насос начинает нагнетать масло в один из цилиндров гидропривода и всасывать из другого. Руль поворачивается и создаёт восстанавливающий момент.
Сигналы обратных связей из приборов 6 и 9 поступают в усилитель 5. Применение этих двух приборов позволяет получить следящий режим работы системы управления.
14. Техническая эксплуатация рулевых электроприводов
14.1. Подготовка рулевого и подруливающего устройств и авторулевого перед выходом в рейс
Перед выходом судна в рейс не ранее чем за 12 ч до назначенного времени выхода электромеханик должен:
а) осмотреть и подготовить к действию главные и вспомогательные (при наличии) электроприводы рулевого устройства ( устройства с поворотной насадкой), включая системы дистанционного и местного управления электроприводом, посты управления на мостике и в румпельном отделении , указатели положения руля, ограничители перекладки, средства сигнализации и защиты;
б) измерить сопротивление изоляции электрооборудования рулевого устройства;
в) проверить и убедиться в исправности действия всех частей рулевого устройства совместно со старшим механиком и механиком по заведованию ( обычно 2-й механик ) в соответствии с указаниями инструкций по эксплуатации и правил технической эксплуатации вспомогательных судовых технических средств ( СТС ) путем полных перекладок руля с борта на борт при поочередной и совместной ( где это допускается инструкциями по эксплуатации )
работе электропривода и поочередном управлении электроприводом со всех постов и во всех возможных на стоянке режимах работы систем управления;
г) проверить в действии средства связи между ходовым мостиком, ЦПУ и румпельным помещением,
д) убедиться в исправности действия вентиляции и электронагревательных приборов для обогрева румпельного помещения.
В процессе подготовки рулевого устройства проверить точность показаний рулевого указателя ( аксиометра ). Разница между указанным и действительным углом положения руля ( поворотной насадки ) не должна превышать:
1. при положении пера руля в диаметральной плоскости - ± 1º;
2. при углах положения от 0º до 5º не более ± 1,5º;
3. при углах положения от 5º до 35º не более ± 2,5º.
Все неисправности, обнаруженные при проверке электрооборудования рулевого устройства, подлежат немедленному устранению.
О результатах проверки рулевого электропривода электромеханик и механик по заведованию докладывают старшему помощнику и старшему механику и делают соответствующие записи в вахтенном ( на мостике ) и машинном ( в ЦПУ ) журналах.
Перед выходом в рейс необходимо подготовить к действию авторулевой одновремен
но с подготовкой к действию электропривода рулевого устройства и указателей положения руля.
До начала проверки авторулевого помощником капитана по заведованию должна быть выполнена проверка соответствия репитера датчика авторулевого показаниям основного прибора гирокомпаса.
При подготовке авторулевого к действию необходимо:
а ) осмотреть аппаратуру авторулевого;
б) измерить сопротивление изоляции,
в) произвести проверку работы авторулевого со всех постов управления в соответствии с инструкциями по эксплуатации при поочередной и совместной ( где это допускается инст-
рукциями ) работе электропривода рулевого устройства..
14.2. Техническое использование рулевого устройства
Во всех условиях плавания резервное электрооборудование рулевого устройства должно быть постоянно готово к немедленному вводу в действие со всех постов управления.
В сложных условиях плавания ( проходы проливов, съемка с якоря и т.п. ) в дополнение к работающему необходимо ввести в действие резервный ЭП рулевого устройства, если они могут работать одновременно.
В случае отказа или подачи сигнала о неисправности работающего ЭП или средств управления рулевым устройством вахтенный помощник ( ВП ) и вахтенный механик ( ВМХ ) должны немедленно принять меры по вводу в действие резервного электропривода или других средств управления рулевым устройством с последующим выводом из действия неисправных технических средств.
Электромеханик должен немедленно принять меры по устранению неисправности,, согласовывая свои действия с ВП и ВМХ.
Рекомендуется не реже одного раза в неделю переключать работающий и резервный электроприводы рулевого устройства.
Перед выводом из действий электропривода рулевого устройства руль должен быть установлен в диаметральную плоскость судна.
14.3. Техническое использование авторулевого
При техническом использовании авторулевого переход с одного вида управления на другой необходимо производить в соответствии с инструкциями по эксплуатации; при этом судно должно быть, как правило, на заданном курсе, а руль в диаметральной плоскости судна.
Коэффициент обратной связи и величина сигнала производной отклонения курса подбираются вахтенным помощником ( ВП ) в зависимости от водоизмещения судна, скорости хода и состояния моря в соответствии с инструкциями по эксплуатации так, чтобы рыскание судна было наименьшим при минимальном числе перекладок руля
При увеличении волнения моря для снижения нагрузок на рулевую машину, уменьшения числа и длительности перекладок рекомендуется увеличивать значение коэффициента обратной связи и уменьшать сигнал производной
При длительном использовании авторулевого, а также при подходе судна к районам со сложными условиями плавания совместно с ВП необходимо проверять исправность действия рулевого устройства в режимах управления "простой" и "следящий".
При обнаружении в электроприводе рулевых устройств "сползания" руля в режиме управления "простой" электромеханик совместно с механиком по заведованию ( обычно- 2-й механик ) необходимо принять меры по регулировке нулевого установителя и уменьшению люфтов в передачах, исполнительных механизмах и т.д.
14.4. Техническое обслуживание рулевого привода
От качества и надежности работы РЭП в значительной степени зависят безопасность плавания, а также технико-экономические показатели судов. Поддержание РЭП в работоспособном состоянии достигается грамотной технической эксплуатацией.
В состав РЭП входит множество элементов, показатели надежности которых неодинаковы. Ряд элементов (транзисторы, конденсаторы и т. п.), отказы которых носят внезапный характер, не обладают ремонтопригодностью и требуют замены после выхода из строя. Обнаружение неисправности здесь для неработающей системы возможно только путем периодических проверок.
Многие звенья подвержены влиянию физического старения, постепенно изменяют свои свойства во времени (износ, ухудшение сопротивления изоляции). Работоспособность таких элементов может быть восстановлена в процессе обслуживания, которое предусматривает замену и регулировку еще исправных узлов оборудования, достигших определенного возраста или степени изнашивания.
Характеристики распределения времени отказов аппаратуры РЭП являются предметом изучения теории надежности. Значение таких характеристик позволяет обоснованно регламентировать обслуживания: периодичность и объем. осмотров, замен, периодичность проверок с целью контроля исправности оборудования и т. д.
С целью накопления материала все отказы оборудования регистрируют в специальных журналах с указанием характера отказа, времени наработки и т. п. Информация об отказах направляется с очередным рейсовым донесением судовладельцу, где ведется ее учет и анализ, вырабатываются конкретные рекомендации по обслуживанию, составу сменных и запасных частей и режиму их хранения.
Рулевой электропривод - система многократного действия. Продолжительность рабочих и нерабочих периодов определяется длительностью рейса и стоянок, являющихся в общем случае непостоянными.
Периодичность и общий объем обслуживания устанавливаются правилами технической эксплуатации электрооборудования. Наряду с этим следует учитывать также указания заводских инструкций, конкретизирующих нормативы и технологию операций по обслуживанию в зависимости от качества установленных приборов.
Для качественного обслуживания авторулевых электротехническому персоналу необходимо изучить техническую документацию, прилагаемую к каждому авторулевому.
Для рулевых электроприводов предусматривают специальные виды технического обслуживания. Еженедельно необходимо проводить наружный осмотр и проверять работу системы со всех управляющих постов.
Каждый месяц следует измерять сопротивление изоляции электрических машин, цепей питания, монтажных соединений.
Резиновые уплотнения смазывают специальной смазкой из смеси графита и касторового масла. Подтягивают крепеж агрегатов питания, приборов, проверяют состояние амортизаторов.
Один раз в полгода смазывают кинематические узлы в приборах, измеряют и регулируют контактные нажатия, промывают контакты. Одновременно проверяют наличие и состояние деталей ЗИП.
В процессе эксплуатации возникает необходимость в регулировании трех основных параметров авторулевого: коэффициента обратной связи, коэффициента сигнала тахогенератора и коэффициента усиления.
Изменение коэффициента обратной связи существенно отражается на каче
стве удержания судна на курсе: при полной загрузке судна этот коэффициент рекомендуется уменьшать, а при плавании с балластом увеличивать.
Коэффициент сигнала тахогенератора позволяет регулировать сигнал по скорости отклонения судна от курса. При ходе в тихую погоду его следует увеличивать, что повышает точность удержания судна на курсе. Вместе с тем это же способствует увеличению интенсивности работы рулевой машины, поэтому в свежую погоду сигнал тахогенератора необходимо уменьшать.
Коэффициент усиления системы изменяется регулятором «Грубо - Точно». Перевод регулятора из положения «Точно» в положение «Грубо» существенно снижает механическую нагрузку рулевой машины, незначительно ухудшая качество удержания на курсе. Поэтому рекомендуется при волнениях свыше 4-5 баллов «загрублять» чувствительность стабилизирующей системы.
Во время хода судна работа рулевого устройства проверяется электромехаником не менее двух раз в сутки.
При эксплуатации рулевого электропривода совместно с авторулевым необходимо руководствоваться следующим:
1. при следовании в узкостях, швартовке и выходе из порта рекомендуется использовать вид управления «Следящий» как наиболее удобный и экономичный;
2. в случае наличия неисправностей в следящих системах перейти на вид управления «Простой», который является резервным и позволяет выполнять все необходимые мероприятия по маневрированию судна;
3. при сложных маневрах судна для обеспечения надежности управления рекомендуется иметь в работе оба насоса, что при видах управления «Следящий» или «Простой» увеличивает скорость перекладки руля;
4. с целью уменьшения изнашивания РЭП переключатель чувствительности авторулевого в необходимых случаях устанавливать в положение «Грубо»;
5. для более равномерной эксплуатации оборудования рекомендуется при работе на одном насосе через каждые 12 ч переходить на другой насос (переключение следует проводить в момент времени, согласованный по телефону с вахтенным штурманом и по его приказанию).
При обнаружении неисправностей, требующих остановки рулевого электропривода , электромеханик докладывает вахтенному помощнику и вахтенному механику и в дальнейшем действует по их указанию.
Контрольные вопросы
ском управлении РЭП?
8. Объясните устройство и принцип действия электромеханической ( секторной ) передачи
9. Объясните устройство и принцип действия 4-плунжерной передачи
10. Объясните устройство и принцип действия лопастной рулевой машины
11. Объясните устройство и принцип действия рулевой машины с качающимися цилиндрами
12. Как устроен радиально-плунжерный насос ( насос Холла )? Каковы его особен-
ности?
13. Как устроен аксиально-плунжерный насос ? Каковы его особенности?
условиях они возникают? Каким образом подавляются эти автоколебания?
постоянной подачи
переменной подачи
па «Волго-Балт» )
типа «Александр Пушкин» )
чение
и работу его системы управления
30. Объясните устройство и принцип действия успокоителя качки и работу его си-
стемы управления
31. В чем заключаются особенности технической эксплуатации РЭП и подруливающих устройств?
2.4. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СУДОВЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ
1. Cудовые нагнетатели
1.1. Общая характеристика судовых нагнетателей
К судовым нагнетателям относятся: насосы, вентиляторы и компрессоры.
Электроприводы нагнетателей являются основными потребителями электронергии. На их долю приходится около 50 % вырабатываемой электроэнергии судовой электростан
ции.
Нагнетатели обеспечивают работу энергетической установки судна и общесудовых систем. Эти механизмы имеют весьма ответственное назначение и предназначены для обеспечения:
Насосами называют машины, предназначенные для перемещения жидкостей; вен-
тиляторами и компрессорами машины для перемещения воздуха или газов.
Нагнетатели потребляют энергию от электропривода и сообщают ее рабочему телу - жидкости или газу. Эта энергия вызывает движение рабочего тела в трубопроводах, при
чем давление рабочего тела за нагнетателем больше, чем передним.
Другими словами нагнетатели служат для перемещения жидкостей или газов и со-
общения им энергии.
Рабочее тело поступает в нагнетатель через всасывающий трубопровод с давлении-
ем р. В нагнетателе рабочему телу сообщается энергия, и в нагнетательном (напорном) трубопроводе давление рбудет больше начального.
Если степень повышения давления нагнетателя невелика, например р/ р= 1,1, то перекачиваемый воздух можно практически рассматривать как несжимаемую жидкость
так как при р/ р = 1,1 плотность газа повышается не более чем на 7 %.
Поэтому нагнетатели, предназначенные для перемещения воздуха или газа при р/ р< 1,1, называют вентиляторами, а при р/ р> 1,1 - компрессорами.
1.2. Классификация нагнетателей
По принципу действия различают нагнетатели:
1. центробежные;
2. пропеллерные;
3. поршневые;
4. ротационные с поршнями или выдвижными лопатками.
Для перекачки вязких жидкостей (топлива, масла и др.) иногда применяют шесте-
ренчатые и винтовые насосы.
По роду перекачиваемой среды нагнетатели разделяются на:
1. водяные забортной и пресной воды, питьевой и мытьевой, холодной и горячей воды;
2. топливные и масляные;
3. воздушные, дымовые, газовые;
4. хладоагента.
По назначению нагнетатели делятся на две основные группы:
1. судовых энергетических установок;
2. общесудовых систем.
К нагнетателям судовых энергетических установок относятся насосы: топливные, масляные, циркуляционные, конденсатные, охлаждающие, питательные и др. и вентиляторы: машинные, котельные, охлаждающие и др.
К нагнетателям общесудовых систем относятся насосы: пожарные, балластные, трюмные, санитарные, грузовые и т. д. и вентиляторы: трюмные, каютные, рефрижератор-
ные и др.
1.3. Основные параметры
К основным параметрам нагнетателей относятся подача Q, напор Н и угловая скорость ω. Эти параметры определяют также момент сопротивления и мощность на валу механизмов.
Подача Q - количество жидкости или газа, подаваемое через сечения выходного патрубка нагнетателя в единицу времени. Для измерения подачи пользуются объемными значениями (м/с, м/ч, л /мин) и массовыми (кг / с, т / ч).
Напор H - энергия, сообщаемая нагнетателем единице массы перекачиваемой жид-
кости или газа.
Напор необходим для движения потока и преодоления им по пути различного рода сопротивлений.
Напор измеряют в метрах или миллиметрах водяного столба ( м ), при этом 1 мм вод. ст = 10 Па.
Наряду с понятием «напор» для характеристики работы нагнетателей используют понятие «давление», подразумевая под ним энергию, сообщенную 1 мжидкости.
В общем случае для измерения давления применяют две единицы:
Соотношения между этими единицами такие:
1 at = 0,1 МПа и 1МПа = 10 at.
Для измерения скорости вращающихся частей нагнетателей применяют две едини-
цы:
1. «частота вращения», обозначается латинской буквой «n» и измеряется в
«об/мин» ( оборот в минуту ). Например, частота вращения двигателя n = 1500 об/мин.
Эта единица скорости внесистемная, т.к. в ней используется внесистемная едини-
ца времени, а именно минута ( в системе СИ время измеряется в секундах ).
Тем не менее эта единица до сих пор широко применяется на практике. Например, в паспортных данных электродвигателей скорость вала указывается именно в об/мин.
2. «угловая скорость», обозначается латинской буквой «ω» и измеряется в
«рад/с» ( радиан в секунду ) или, что одно и то же, с( секунда в минус первой степени ).
Соотношение между этими единцами такое:
1. частота вращения ( об/мин )
n = 9,55 ω ≈ 10 ω, ( 11.1 )
где ω угловая скорость, рад / с ( или с );
2. угловая скорость ( рад / с )
ω = n / 9,55 ≈ n / 10. ( 11.2 )
2. Центробежные нагнетатели
2.1. Общая характеристика
Центробежные нагнетатели - самые распространенные механизмы на судах. Они получили широкое применение благодаря ряду положительных качеств, таких, как: высокая надежность; быстроходность, что позволяет непосредственно сочленять их с электродвигателями; равномерность подачи перекачиваемой жидкости или газа; малая масса и габаритные размеры.
На рис. 11.1 показано устройство схема центробежного нагнетателя.
Принцип действия нагнетателя основан на взаимодействии лопасти рабочего коле
са 1 с потоком жидкости или газа.
В центробежном нагнетателе повышение давления жидкости (газа) в колесе дости
гается в основном благодаря действию центробежных сил; вход у таких нагнетателей осе
вой, выход радиальный.
Значение напора, создаваемого в центробежном нагнетателе, непосредственным образом зависит от внешней окружной скорости рабочего колеса, являющейся функцией частоты вращения и диаметра колеса.
Рис. 11.1. Устройство центробежного нагнетателя: 1- рабочее колесо; 2 корпус
( спиральный отвод )
2.2. Рабочие характеристики центробежных нагнетателей
Под рабочими характеристиками центробежных нагнетателей понимают зависимости напора Н, мощности Р, коэффициента полезного действия η и других параметров от подачи Q. Основные виды рабочих характеристик показаны на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Рабочие характеристики центробежного вентилятора:
индекс 1 для нагнетателей с радиальными лопатками;
индекс 2 для нагнетателей с лопатками, отогнутыми назад.
Как видно из рисунка, при нулевой подаче ( Q = 0 ), т. е. при перекрытом нагнета-
тельном канале, приводной электродвигатель работает с пониженной мощностью и поддер
живает напор Н.
Теоретический расчет характеристик Н (Q) и η(Q) представляет большие трудности, поэтому на практике пользуются экспериментальными зависимостями, которые приводятся в каталогах. Обычно эти характеристики даются для неизменной номинальной угловой ско-
рости ω. Получить характеристику Н - Q для угловой скорости, отличной от номиналь-
ной, возможно, используя для этого следующие законы пропорциональности:
= ( 11.3 ); = ( 11.5 ); = ( 11.4 )
На рис. 11.3. показаны Н - Q характеристики центробежных нагнетателей.
Рис. 11.3. Н Q характеристики центробежных нагнетателей
Для получения характеристики Н - Q при угловой скорости, отличной от стандарт-
ной, используются приведенные выше законы пропорциональности.
Для этого задаются рядом значений Q- Q , которым соответствуют напоры Н- Н на характеристике Н - Q при ω = const.
Например, для получения точки а при ω= const необходимо вычислить Qa и На :
Qa = Q( 11.5 ); На = Н( 11.6 );
В соответствии с соотношением
= ( 11.7 );
рассчитываются параболы, проходящие через выбранные точки на заданной харак-
теристике (при ω= const). Соединяя точки парабол с одинаковыми скоростями, получают Н - Q характеристику для постоянной скорости ω= const.
Одновременно полученные параболы это линии постоянного КПД нагнетателя
η = const.
2.3. Характеристика сопротивления нагнетательной системы
Установившийся режим работы центробежного нагнетателя определяется обычно графическим способом - точкой пересечения соответствующей Н-Q характеристики и ха
рактеристики сопротивления нагнетательной системы, на которую работает нагнетатель.
Сопротивление нагнетательной системы Нчисленно равно сумме потерь напора в разных участках нагнетательной системы
Н= Н + Н + Н+ Н+ Н, ( 11.8 )
где Н - напор противодавления, появляется только в случае подачи нагнетае-
мой среды в резервуар, находящийся под давлением;
Н- геометрический напор, определяется (для насоса) столбом жидкости, преодо
леваемый насосом со стороны всасывания Ни со стороны нагнетания Н.
Рис. 11.4. Расположение насосов на судне относительно уровней всасывания и нагнетания
Для насосов, показанных на рис. 11.4, геометрический напор:
для левого насоса Н = Н+ Н; для правого Н = Н- Н.;
Н- потери напора на трение в трубопроводе;
Н- потери напора на местные сопротивления, обусловленные наличием в трубо-
проводе различной арматуры;
Н- динамические потери напора, обусловленные скоростью потока жидкости или газа.
Сумма первых двух составляющих ( напора противодавления и геометрического напора ) представляет собой статический напор Н, т. е. постоянную составляющую потери напора в сети:
Н= Н + Н. ( 11.9 )
Остальные три составляющие потерь Н, Ни + Н пропорциональны квадрату скорости потока, а следовательно, и подаче. Поэтому уравнение для сопротивления нагнетательной системы (5.20) можно представить в упрощенном виде
Н= Н+ kQ, ( 11.10 )
где k- коэффициент сопротивления системы ( магистрали ).
Выражение ( 11.10 ) представляет собой характеристику сопротивления магистрали при постоянном противодавлении Н. График 1 этой характеристики показан на рис. 11.5.
Рис. 11.5. Основные виды характеристик сопротивления трубопроводной сети
Такая характеристика свойственна питательным насосам котлов, насосам гидро-
форов и др.
Установившийся режим работы центробежного нагнетателя определится точкой А пересечения HQ-характеристики нагнетателя и характеристики 1 сопротивления магистра
ли.
Если нагнетаемая среда поступает в резервуар, сообщающийся с атмосферой, и на-
гнетатель находится на одном уровне с резервуаром, то статический напор Н= 0. В этом
случае уравнение характеристики сопротивления магистрали примет вид параболы сопро
тивлений:
Н= Н+ kQ= kQ. ( 11.11 )
При этом крутизна характеристики возрастает с ростом коэффициента сопротивле-
ния системы, Характеристики 2,3 и 4 ( см. рис. 11.5 ) построены для различных k.
Устойчивой точке работы р для характеристики kсоответствуют напор Н, подача Q и КПД η.
2.4. Совместная работа нагнетателей
Под совместной работой центробежных нагнетателей понимается параллельное или последовательное их включение в работу на данную магистраль.
Включение нагнетателей на параллельную работу повышает живучесть и надеж-
ность работы всей установки.
Совместная работа нескольких нагнетателей на общую магистраль является одним из возможных методов регулирования параметров работы.
Параллельная работа нагнетателей применяется для увеличения подачи. Лучше все
го включать на параллельную работу нагнетатели с одинаковым значением напора холо-
стого хода Н( при подаче Q = 0 ).
На практике параллельно можно включать любые нагнетатели, даже нагнетатели различных типов (центробежные и поршневые).
Общая характеристика нагнетателей получается путем сложения абсцисс (подач) отдельных характеристик для постоянных ординат (напоров) Н= const ( рис. 11.6 )
Рис. 11.6. Совместная работа нагнетателей с одинаковыми характеристиками Н Q
На рис. 11.6 показано построение суммарных характеристик при совместной работе нагнетателей с одинаковыми характеристиками, а на рис. 11.7 - с различными характери-
стиками HQ.
Рис. 11.7. Совместная работа нагнетателей с разными характеристиками Н Q
При параллельной работе одинаковых нагнетателей (см. рис. 11.6 ) точка А пересе
чения суммарной характеристики с характеристикой сопротивления магистрали опреде-
ляет рабочую точку параллельно работающих нагнетателей.
Очевидно, что Q< 2Q, т. е. суммарная подача параллельно работающих нагнета
телей меньше суммы подач каждого нагнетателя при индивидуальной работе (точка В) на ту же магистраль.
Чем круче характеристика сопротивления магистрали k, тем менее значителен прирост подачи при параллельной работе нагнетателей (Q< 2Q).
На рис. 11.7 показана параллельная работа нагнетателей с разными характеристи-
ками.
Суммарная характеристика также получена путем сложения абсцисс (подач) при одинаковых напорах нагнетателей.
Пересечение характеристики совместно работающих нагнетателей I + II с характе-
ристикой магистрали k дает рабочую точку b, которой соответствует суммарная подача параллельно работающих нагнетателей Q+ Q.
Точки h и g, лежащие на соответствующих характеристиках насосов I и II, пред-
ставляют собой рабочие параметры параллельной работы этих нагнетателей.
Если бы каждый из нагнетателей работал в отдельности па данную магистраль, то подача отдельно работающего нагнетателя была бы больше, чем при параллельной рабо
те, т. е.
Q> Q и Q> Q.
или Q> Q+ Q< и Q+Q.
Следовательно, суммарная подача параллельно работающих нагнетателей всегда меньше суммы подач отдельно работающих нагнетателей на ту же магистраль.
Это проявляется тем больше, чем больше значение сопротивления магистрали, чем больше параллельно работающих нагнетателей и чем жестче их характеристики.
При выборе неодинаковых нагнетателей для параллельной работы следует учиты-
вать ограниченность регулирования работы нагнетателей и магистрали.
Если в процессе работы характеристика магистрали изменилась и приняла вид пока
занной кривой k', то насос II работать на магистраль не сможет из-за недостаточного зна-
чения напора.
Следовательно, при переходе характеристики k' через точку с второй насос дол-
жен быть отключен от магистрали.
Совместная параллельная работа нагнетателей возможна только в области между точками а и с, а при напорах выше Н работает только насос I.
Поскольку изменения сопротивлений магистрали у центробежных нагнетателей вы
зывает ограниченное изменение напора, то регулировать подачу при параллельной работе путем изменения угловой скорости надо весьма осмотрительно и при этом в магистрали должны быть невозвратные клапаны у всех нагнетателей.
Иначе при работе в точке D произойдет движение рабочей среды от нагнетателя I к нагнетателю II, что недопустимо.
Последовательная работа нагнетателей применяется для увеличения напора в маги
страли и в некоторых случаях для обеспечения благоприятных условий всасывания. Суммарная характеристика последовательно включенных нагнетателей получается посред
ством суммирования напоров каждого из насосов при одной и той же подаче ( кривая
Н + Н, см. рис. 11.6 ).
Последовательное соединение насосов экономически оправдано при крутых харак
теристиках сопротивления магистрали с малым значением Н.
Регулирование производится изменением угловой скорости одного из нагнетате-
лей, поскольку регулирование дросселированием при последовательном соединении нагне
тателей экономически неоправданно.
Влияние скорости на мощность электродвигателя центробежного нагне-
тателя
При работе нагнетателя скорость исполнительного двигателя может изменяться под действием ряда причин.
К таким причинам относятся:
1. колебания напряжения судовой сети постоянного или переменного тока;
2. изменение электрических параметров самого двигателя, например, искусствен-
ное ослабление магнитного потока двигателей постоянного тока, приводящее к увеличе
нию скорости электродвигателя.
Такое ослабление применяют с целью повышения напора в нагнетательной маги-
страли систем забортной и пресной воды, которое в старых системах понижается из-за отложения на стенках трубопроводов ржавчины, грязи, остатков нефтепродуктов и масел, попадающих в системы.
Для нагнетателей любого типа справедливо соотношение
Р ≡ QH ( 11.12 ),
т.е. мощность электродвигателя нагнетателя прямо пропорциональна произведению пода-
чи и напора нагнетателя.
Используя соотношения ( 11.4 ) и ( 11.5 ), можно получить такое соотношение
Р1/ Р2 = ( ω13 / ω2 3 ) ( 11.13 ),
где Р1 и ω1 начальные значения мощности нагнетателя и его скорости;
Р2 и ω2 - изменённые значения мощности нагнетателя и его скорости.
Отсюда следует вывод, крайне важный для практических механиков:
любое изменение скорости нагнетателя вызывает резкое ( в кубической зави
симости ) изменение мощности приводного электродвигателя нагнетателя.
Поэтому надо крайне осторожно относиться к случаям, когда в силу производствен
ной необходимости ( см. п.2 выше ) приходится увеличивать скорость электродвигателя нагнетателя выше номинальной. Такое увеличение скорости автоматически приводит к перегрузке электродвигателя.
На судах на переменном токе в качестве приводных электродвигателей насосов ис-
пользуют нерегулируемые ( по скорости ) асинхронные электродвигатели с короткозамк-
нутым ротором.
Регулирование скорости используют только в электроприводах постоянного тока, когда для управления насосами применяют пускорегулировочные реостаты.
У этих реостатов регулирование скорости выше номинальной ( не более чем на + 5 % ) применяется для восстановления номинальной подачи насосов, которая по мере
эксплуатации судна постепенно уменьшается вследствие отложения на стенках трубо-
проводов ржавчины и остатков нефтепродуктов, приводящего к уменьшению площади поперечного сечения трубопроводов.
Пример
В силу производственной необходимости скорость электродвигателя насоса увели -чили на 10%. Рассчитайте новые значение мощности и тока
Решение
ω 2 = 1,1 ω 1
2. из соотношения ( 11.11 ) новое значение мощности
Р2 = Р1 (ω 2 3 / ω 13 ) = Р1 ( 1,1ω 1) 3 / ( ω 13 ) = Р1 (1,1) 3 = 1,331 Р1,
Т.е. при увеличении скорости электродвигателя на 10% его мощность увеличилась на 33,1.
3. мощность электродвигателя постоянного тока ( Вт )
Р = U*I ≡ I, ( 11.14 )
где U напряжение питающей сети, В; ( величина постоянная );
I ток, потребляемый двигателем из сети, А..
Отсюда следует, что при постоянстве напряжения питающей сети ( U = const ) мощ
ность двигателя прямо пропорциональна току, потребляемому двигателем из сети.
Поскольку мощность двигателя возросла в 1,33 раза, это произошло за счет увели-
чения тока двигателя также в 1,33 раза.
Если до изменения скорости двигатель работал в номинальном режиме, т.е. с номи
нальным током, то после увеличения скорости в 1,1 раза ток увеличится до значения 1,331 I.
Аналогичное увеличение тока происходит при увеличении скорости трехфазного асинхронного двигателя, мощность которого ( Вт )
Р = U*I*cosφ ≡ I, ( 11.15 )
где U линейное напряжение сети, В ( величина постоянная );
I ток обмотки статора, А ( переменная величина );
сosφ коэффициент мощности элекродвигателя ( практически постоянная величи-
на ).
Если не принять соответствующие меры, например, не ограничить время работы двигателя с такой перегрузкой, двигатель сгорит.
3. Устройство, принцип действия, эксплуатация судовых нагнетателей
3.1. Центробежные насосы
Устройство и принцип действия
Центробежный насос показан на рис. 11.8.
Рис. 11.8. Центробежный насос: 1 рабочее колесо ( крыльчатка ); 2 корпус; 3
всасывающий патрубок; 4 нагнетательный патрубок
Центробежный насос состоит из рабочего колеса (крылатки) 1, расположенного в улиткообразном (спиральном) корпусе 2.
Принцип действия насоса состоит в следующем.
Перед пуском насоса необходимо залить его корпус жидкостью.
Эту жидкость вращающиеся лопасти рабочего колеса с большой скоростью отбра-
сывают к периферии корпуса. На место вытесненной жидкости в центр корпуса по всасы-
вающему патрубку 3 поступают новые порции.
Скорость жидкости, отброшенной к периферии корпуса, уменьшается, вследствие чего увеличивается напор, с которым жидкость подается в нагнетательный патрубок 4.
Для получения высокого напора (свыше 2,5 МПа ) служат многоступенчатые насо
сы, имеющие несколько рабочих колес, расположенных на одном валу, приводимом в движение электродвигателем.
Рабочие характеристики центробежных нагнетателей, т.е. насосов и вентиляторов одинаковы.
Особенности пуска центробежных насосов
При пуске центробежного насоса необходимо выполнить следующие операции:
.1. закрыть полностью клапан па нагнетательной стороне насоса,
.2. при наличии гидравлического затвора сальников и системы охлаждения подшип
ников обеспечить поступление рабочей жидкости к затворам и подшипникам;
.3. полностью открыть клапан на всасывающей стороне насоса;
.4. проверить наличие жидкости в насосе и приемном трубопроводе; при отсутст-
вии жидкости несамовсасывающий насос залить, а в самовсасывающем насосе проверить подсасывающее устройство и либо включить его в действие, либо подготовить к действию (в зависимости от типа и конструкции);
.5. подготовить к действию двигатель насоса и запустить его;
.6. постепенно открыть клапан на нагнетательном трубопроводе.
Наблюдение за центробежными насосами при работе
Во время работы насоса необходимо:
.1. вести наблюдение за показаниями контрольно-измерительных приборов: значи
тельное колебание стрелки манометра на нагнетательном трубопроводе указывает на нали
чие в насосе воздуха; резкие изменения в показаниях амперметра при неизменяющихся показаниях манометров могут свидетельствовать о механических неисправностях насоса - заедании б подшипниках, в уплотнениях колес, сальниках, вакуумном устройстве;
.2. следить за температурой подшипников, не допуская их чрезмерного нагревания;
.3. следить за состоянием сальниковой набивки по просачиванию перекачиваемой жидкости;
.4. периодически открывать краники на корпусе насоса для удаления воздуха.
Работа насоса без жидкости запрещается.
Регулирование подачи
Регулирование подачи и напора центробежных насосов должно осуществляться изменением частоты вращения двигателя или посредством изменения открытия клапана перекачиваемой среды на нагнетательном трубопроводе.
Регулирование производительности насоса перекрытием клапана на всасывающем трубопроводе не рекомендуется, так как это может привести к кавитационным разрушени
ям рабочей поверхности крылатки и к срыву потока
Остановка насоса
При остановке насоса первым следует закрывать нагнетательный клапан во избежа
ние опорожнения насоса и трубопровода
Эксплуатационные свойства центробежных насосов
К достоинствам центробежных насосов относятся:
1. простота конструкции;
2. минимальное число изнашивающихся частей;
3. пригодность к работе с загрязненной жидкостью;
4. равномерность подачи жидкости, что позволяет увеличить скорость течения ее в трубопроводах и уменьшить диаметр и массу последних;
5. возможность непосредственного сочленения насоса с электродвигателем.
К недостаткам центробежных насосов относятся:
1. невозможность «сухого» пуска, то вызывает необходимость заливания жидкости во всасывающий трубопровод перед началом работы;
2. уменьшение КПД с увеличением вязкости перекачиваемой жидкости.
Центробежные насосы являются наиболее распостраненным видом судовых насо-
сов. Их применяют в системы пресной и забортной воды, масляных, топливных, пожар-
ных и др.
3.2. Поршневые насосы
Устройство и принцип действия поршневого насоса
Насос прямого действия показан на рис. 11.9.
Рис. 11.9. Поршневой насос прямого действия: 1 поршень, 2 цилиндр; 3 клапан; 4 всасывающий патрубок; 5 нагнетательный клапан; 6 - нагнетательный патрубок
Принцип действия насоса состоит в следующем.
Когда поршень 1 идет вверх, под ним образуется разреженное пространство, кото-
рое заполняется перекачиваемой жидкостью, поднимающейся в цилиндр 2 через клапан 3 по всасывающему патрубку 4.
При обратном ходе поршня жидкость в цилиндре сдавливается, в результате чего закрывается всасывающий клапан 3 и открывается нагнетательный клапан 5. Так, с каж-
дым ходом поршня вниз через нагнетательный патрубок 6 в систему подается определен-
ное количество жидкости.
Рабочие характеристики поршневых насосов
Рабочие характеристики поршневых насосов показаны на рис. 11.10.
Рис. 11.10. Рабочие характеристики поршневого насоса: Q ( H ), Р ( Н ) и η ( Н ) при
ω = const
Под рабочими характеристиками понимаются зависимость подачи Q ( м/ час ),
мощности Р ( кВт ) и КПД η от напора Н ( м ) при постоянной скорости вращения электро-
двигателя.
Основной рабочей характеристикой является характеристика Q(H).
Подача насоса ( м/ с ) находится из выражения
Q = , ( 11.16 )
где S площадь поверхности поршня, м;
l путь, проходимый поршнем в одном направлении, м;
n число двойных ходов поршня;
η- объемный КПД насоса, учитывающий утечку жидкости через неплотности в
цилиндре и клапанах ( для небольших насосов η= 0,85…0,9, для больших η= 0,9…0,99 ).
Из приведенного выражения следует, что для поршневых насосов не cyществует органической зависимости между подачей Q и напором Н, поэтому характеристика QH при постоянстве скорости представляет прямую, параллельную оси абсцисс.
Мощность электродвигателя ( кВт )поршневого насоса
Р = , ( 11.17 )
где γ плотность жидкости( для холодной воды γ = 9810 Н / м3 );
Q- теоретическая подача насоса, м/ с;
Н напор, М;
g = 9,8 м / с- ускорение свободного падения;
η- полный КПД насоса ( находится в пределах 0,5…0,95 ).
Характеристика Р (Н) ( рис. *** ) незначительно отклоняется от прямой из-за неко-
торого уменьшения подачи Q с увеличением напора.
Особенности пуска
Пуск поршневых насосов при закрытом клапане на нагнетательном трубопроводе категорически запрещается.
Перекрытие нагнетательной магистрали приводит к значительному росту напора, вызывает гидравлические удары, которые могут привести к аварии.
Для защиты насосов от подобных режимов работы они снабжаются предохрани-
тельными (перепускными или байпасными ) клапанами, предназначенными для перепуска
жидкости из напорной магистрали во всасывающую, когда давление в магистрали достиг-
нет недопустимого.
Поэтому при пуске поршневых насосов должны быть открыты оба клапана на вса
сывающем и нагнетательном трубопроводах.
Регулирование подачи
Регулирование подачи дросселированием ( перекрытием клапанов ) недопустимо,
т.к. перекрытие нагнетательной магистрали вызывает увеличение напора и приводит к гидравлическим ударам.
Регулируют подачу поршневых насосов изменением скорости электродвигателя,
если такое изменение предусмотрено схемой управления электродвигателя.
Эксплуатационные свойства поршневых насосов
К достоинствам поршневых насосов относятся:
малым, а верхний - к большим насосам);
4. способность к самовсасыванию ( к «сухому» пуску );
5. постоянная готовность к работе;
6. независимость напора от угловой скорости;
К недостаткам поршневых насосов относятся:
1. неудобство сочленения с электродвигателем, поскольку они работают при воз-
вратно-поступательном движении поршня;
2. быстрый износ трущихся частей, особенно при работе с загрязненной жидко
стью;
3. опасность возникновения недопустимых давлений при перекрытии вентилей.
Область применения
На судах поршневые насосы применяют в качестве осушительных.
3.3. Осевые ( пропеллерные ) насосы
Отличительной особенностью осевых нагнетателей является большая подача при сравнительно малом напоре. Это становится понятным из принципа действия осевого на-
соса.
Устройство и принцип действия осевого насоса
Осевой ( пропеллерный ) насос показан на рис. 11.11.
Рис. 11.11. Осевой ( пропеллерный ) насос
Принцип действия насоса состоит в следующем.
При вращении крыльчатки ( пропеллера ) рабочая жидкость засасывается в насос через всасывающий патрубок и под давлением направляется в нагнетательный.
Рабочее колесо насоса имеет от двух до шести лопастей.
В зависимости от способа закрепления лопасти на втулке различают два вида осе-
вых насосов:
Перед рабочим колесом часто располагают направляющий аппарат, представляю-
щий собой три-четыре неподвижные лопасти. Направляющий аппарат служит для ликви-
дации подкрутки потока перед входом в рабочее колесо.
Если направляющий аппарат не применяется, то к рабочему колесу подсоединяют
обтекатель.
За рабочим колесом располагается выправляющий аппарат, который состоит из не-
подвижных лопаток. В выправляющем аппарате уничтожается закрутка потока, обуслов-
ленная рабочим колесом, и преобразуется кинетическая энергия потока в энергию давления.
Поскольку у осевых нагнетателей форма лопастей и их взаимодействие с жидко-
стью или газом подобны пропеллеру самолета, их часто называют пропеллерными.
Рабочие характеристики осевых насосов
Рабочие характеристики осевых насосов показаны на рис. 11.12.
Рис. 11.12. Рабочие характеристики осевых насосов
Как следует из рис. 11.12., при нулевой подаче ( Q/ Q= 0 ), когда нагнетательный
клапан закрыт, напор Н и мощность насоса превышают номинальный.
Это опасно по двум причинам:
1. повышенный напор может привести к повреждению нагнетательного клапана и участка трубопровода между насосом и нагнетательным клапаном;
2. перегружается электродвигатель насоса.
Поэтому при пуске осевого насоса нагнетательный клапан должен быть открыт.
Особенности пуска
При пуске осевых насосов надо открыть нагнетательный клапан ( для сравнения - у центробежного насоса при пуске нагнетательный клапан должен быть закрыт ).
Пуск осевого насоса при закрытом нагнетательном клапане приводит к перегрузке электродвигателя ( см. рис. 11.12 ).
Способы регулирования подачи
Различают два способа регулирования подачи осевых насосов:
1. изменением угла установки лопастей колеса;
2. изменением угловой скорости нагнетателя ( т.е. скорости электродвигателя ).
Дросселирование ( изменение степени открытия клапана на нагнетательном пат-
рубке ) в осевых насосах не применяется.
При изменением угла установки лопастей колеса. можно поддерживать неизмен-
ным напор, чего нельзя сделать при регулировании угловой скоростью нагнетателя. Поэтому в осевых насосах в основном применяется регулирование подачи именно измене
нием угла установки лопастей колеса.
Эксплуатационные свойства осевых насосов
К достоинствам осевых насосов относятся:
1. простота конструкции;
2. минимальное число изнашивающихся частей;
3. пригодность к работе с загрязненной жидкостью;
4. возможность непосредственного сочленения насоса с электродвигателем;
5. высокая производительность ( подача );
6. высокий КПД, достигающий значения η = 0,7…0,9.
К недостаткам осевых насосов относятся:
1. невозможность «сухого» пуска, то вызывает необходимость заливания жидкости во всасывающий трубопровод перед началом работы;
2. малая высота всасывания, поэтому их располагают ниже свободного уровня заса-
сываемой жидкости.
Область применения
Осевые насосы применяют в случаях, когда большую производительность необхо-
димо сочетать с незначительным напором, например, в качестве балластных насосов. Их
также применяют на ледоколах и судах ледокольного типа для освобождения корпуса суд
на, зажатого во льдах. На этих судах осевые насосы перекачивают воду с одного борта на другой, а затем в обратном напрвлении, что вызывает раскачивание корпуса судна ( как у детской игрушки «ванька-встанька» ).
3.4. Ротационные насосы
Ротационные насосы подразделяют на два вида:
1. зубчатые (шестеренные);
2. винтовые.
Эти насосы применяют служат для перекачивания вязких жидкостей - топлива, смазочных масел и др.
Устройство и принцип действия зубчатого насоса
Зубчатый насос показан на рис. 11.13.
Рис. 11.13. Зубчатый насос: 1 корпус; 2 ведомое зубчатое колесо; 3 камера нагнетания; 4 - ведущее зубчатое колесо; 5 камера всасывания
Насос состоит из ведущего 4 и ведомого 2 зубчатых колес, заключенных в общий корпус 1. При вращении колес жидкость, заполняющая впадины, переносится вдоль стенок корпуса из камеры всасывания 5 в камеру нагнетания 3, где выдавливается зубцами соседнего колеса, создавая напор.
Обратное движение жидкости предотвращается малыми зазорами между внутрен-
ней поверхностью корпуса и зубьями вращающихся колес.
Особенности пуска зубчатых насосов
Пуск шестеренных и винтовых насосов производится при открытых приемных на-
порных клапанах. Если насос был осушен или готовится к работе впервые, его необходи-
мо залить рабочей жидкостью.
Работа насоса «всухую» запрещается.
При пуске насоса из холодного состояния для перекачки высоковязкой жидкости необходимо следить за показаниями манометра и при чрезмерном повышении давления ослабить затяжку пружины перепускного клапана. Регулировку перепускного клапана восстановить после прогрева системы.
Не допускается длительная работа насоса при закрытом напорном трубопроводе, когда перекачиваемая жидкость полностью циркулирует через перепускной ( байпасный ) клапан.
Способы регулирования подачи
Подачу зубчатых насосов регулируют двумя способами:
При параллельной работе насосов необходимо следить, чтобы перепускные клапа
ны всех насосов были отрегулированы на одинаковое давление.
Эксплуатационные свойства зубчатых насосов
К достоинствам зубчатых насосов относятся:
1. малые габариты и масса;
2. равномерность и непрерывность подачи рабочей жидкости;
3. способность создавать высокие напоры ( до 10Па );
4. возможность непосредственного сочленения насоса с электродвигателем;
К недостаткам осевых насосов относятся:
1. невозможность «сухого» пуска, то вызывает необходимость заливания жидкости во всасывающий трубопровод перед началом работы;
2. малая высота всасывания, поэтому их располагают ниже свободного уровня заса-
сываемой жидкости.
Область применения
На судах зубчатые насосы применяются в топливных и масляных системах, т.е. там, где рабочая жидкость имеет большую вязкость.
3.5. Выбор электродвигателей для насосов
В качестве приводных двигателей насосов применяют:
1. на постоянном токе - электродвигатели смешанного возбуждения с легкой после-
довательной обмоткой, которая служит для поддержания требуемой скорости при колеба-
ниях напряжения
2. на переменном токе - короткозамкнутые асинхронные двигатели.
Центробежные насосы имеют квадратичную зависимость момента сопротивления от скорости: М ≡ ω.
При этом потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости: Р = Мω ≡ ω. Отсюда следует, что центробежные насосы характеризуются легкими условиями пуска.
Поэтому асинхронные двигатели, имеющие небольшой пусковой момент и жест-
кую механическую характеристику, вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электроприводам центробежных насосов.
Более тяжелыми условиями пуска отличаются поршневые насосы. Их пусковой момент может достигать 2М. Это объясняется тремя причинами:
1. необходимостью вытеснять жидкость из трубопровода;
2. повышенным трением в поршнях и уплотняющих сальниках при трогании с места;
3. наличием большого динамического момента, вызываемого маховиком.
Поэтому для поршневых насосов целесообразно использовать асинхронные двига
тели с повышенным пусковым моментом, К таким двигателям относятся двигатели с глу
боким пазом или двойной обмоткой на роторе.
В зависимости от условий работы насоса конструктивное исполнение его двигателя может быть брызгонепроницаемым, водозащищенным или герметическим.
Двигатели насосов обычно работают в длительном режиме с постоянной нагрузкой на валу.
Мощность электродвигателей ( кВт )
Р = , ( 11.18 )
где Q подача насоса, м/ с;
γ удельный вес перекачиваемой жидкости, Н / м;
Н - статический напор, м;
ΔН потери напора в трубопроводе и местных сопротивлениях, м;
η- КПД насоса ( у поршневых насосов η= 0,5…0,8, у центробежных η= 0,4…0,75 ).
Определив по этой формуле мощность, выбирают двигатель для насоса, имея в ви-
ду, что скорость двигателя в каталогах указывается с точностью ±5 %.
Если действительная скорость выбранного двигателя окажется на 5 % больше ука-
занной в каталоге, то мощность на валу двигателя, пропорциональная кубу скорости ( Р = ≡ ω), увеличится до значения Р' = ( 1,05 )*Р= 1,1576 Р≈ 1,16 Р, т.е. на 16% превы-
сит номинальное значение.
Поэтому при выборе двигателя по каталогу его расчетную мощность следует увеличить для поршневых насосов на 10 %, а для центробежных на 16 %.
В случае применения насосов с большими инерционными массами ( при относи-
тельно частых пусках) следует после выбора двигателя по мощности, произвести проверку его на нагрев пусковыми токами ( по методу эквивалентного тока ).
3.6. Судовые вентиляторы
Назначение и классификация вентиляторов
По назначению вентиляторы делятся на две группы:
1. вентиляторы, обеспечивающие работу судовой энергетической установки (на-
пример, главного двигателя );
2. вентиляторы общесудовых систем;
3. водуходувки.
К первой группе относятся вентиляторы, предназначенные:
1. для поддержания необходимой температуры воздуха в МКО;
2. обеспечения работы котельных установок;
3. охлаждения работающих механизмов
Ко второй группе относятся вентиляторы, предназначенные:
К третьей группе относятся воздуходувки вентиляторы с повышенными скоро-
стями, создающие высокий напор. Воздуходувки используют на судах:
1. для наддува двигателей внутреннего сгорания ( дизели );
2. для подачи воздуха в топочное пространств котельных установок.
Центробежные вентиляторы
Центробежный вентилятор показан на рис. 11.14.
Рис. 11.14. Центробежный вентилятор: 1 улиткообразный корпус; 2 лопастное колесо; 3 приводной электродвигатель
Центробежные вентиляторы имеют улиткообразный корпус1, внутри которого по-
мещено лопастное колесо 2.
У небольших вентиляторов лопастное колесо насажено непосредственно на вал приводного электродвигателя 3, а корпус вентилятора конструктивно выполнен как одно целое с корпусом двигателя.
У вентиляторов большой мощности электродвигатель и вентилятор расположены по отдельности, а для передачи мощности от электродвигателя к вентилятору используют
клиноремённые передачи.
По принципу действия вентилятор аналогичен центробежному насосу.
Воздух засасывается, как указано стрелками, в центр лопастного колеса и, попадая между лопастями, под влиянием центробежных сил отбрасывается к периферии корпуса вентилятора. Здесь скорость преобразуется в напор, с которым воздух подается в систему через патрубок.
Мощность Р ( кВт ) вентилятора
Р = ( QH ) / ( 10η ), ( 11.19 )
где Q подача вентилятора, м/ с;
Н давление или разрежение воздуха, Па;
η КПД вентилятора ( η = 0,5…0,75 ).
При выборе электродвигателя вентилятора следует руководствоваться приведенны
ми выше условиями при выборе электродвигателей насосов.
Рабочие характеристики центробежных вентиляторов
Рабочие характеристики центробежных вентиляторов изображены на рис. 11.2.
Условия пуска
Центробежные вентиляторы имеют квадратичную зависимость момента сопротив
ления от скорости: М ≡ ω.
При этом потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости: Р = Мω ≡ ω. Отсюда следует, что центробежные вентиляторы характеризуются легкими условиями пус
ка.
Поэтому асинхронные двигатели, имеющие небольшой пусковой момент и жест-
кую механическую характеристику, вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электроприводам центробежных вентиляторов.
Способы регулирования подачи
Подачу центробежных вентиляторов регулируют двумя способами:
управления двигателя. Чем больше частота вращения, тем больше подача вентилятора
( Q ≡ ω );
стороне. Чем больше открыта заслонка, тем больше подача вентилятора.
Эксплуатационные свойства центробежных вентиляторов
К достоинствам центробежных вентиляторов относятся:
1. простота конструкции;
2. минимальное число изнашивающихся частей;
3. равномерность подачи воздуха, что позволяет увеличить его скорость в воздухо
водах и уменьшить площадь поперечного сечения и массу последних;
5. возможность непосредственного сочленения насоса с электродвигателем.
К недостаткам центробежных вентиляторов относятся:
1. необходимость применения клиноременных передач для вентиляторов большой мощности.
3.7.Компрессоры
Классификация компрессоров
Компрессором называют механизм, предназначенный для сжатия воздуха или иного газа.
По назначению компрессоры делят на пять групп:
Главные компрессоры применяют для пуска двигателей внутреннего сгорания и распыление топлива в них во время работы. Давление воздуха таких компрессоров составляет десятки технических атмосфер ( at ).
Вспомогательные применяют для снабжения сжатым воздухом систем пневмоав-
томатики, пневмоинструментов, продувки электрических машин и других механизмов.
Давление воздуха таких компрессоров составляет единицы технических атмосфер.
Аварийные компрессоры применяют в случае выхода из строя основных.
Рефрижераторные компрессоры применяют в холодильных установках для сжатия парогазовой смеси хладагента и перевода этой смеси в жидкое состояние.
Специальные компрессоры применяют в специальных судовых установках.
По принципу действия компрессоры делят на три группы:
Компрессоры центробежного и осевого типа используются в тех случаях, когда не-
обходимо обеспечить большую подачу.
Компрессоры поршневого типа позволяют осуществлять сжатие газов до больших давлений.
Одноступенчатые компрессоры применяют для сжатия газов до небольших давле-
ний ( единицы атмосфер ). Многоступенчатые компрессоры представляют собой последо-
вательное соединение двух или трех одноступенчатых компрессоров. Такое соединение используется для повышения результирующего ( на выходе ) давления.
В одноступенчатом поршневом компрессоре для сжатия газа используется только
одно из двух движений поршня в цилиндре как рабочее. Если компрессор двойного дейст-
вия используются оба движения.
Устройство и принцип действия поршневого компрессора
На судах наибольшее распространение получили компрессоры поршневого типа, одна из конструкций которого показана на рис. 11.15.
Рис. 11.15. Конструкция поршневого компрессора
Принцип действия поршневого компрессора состоит в следующем.
Процесс сжатия воздуха или газа в цилиндре компрессора изображается диаграм-
мой, которая показывает, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от движения поршня. Такие зависимости принято называть индикаторными диаграммами.
На рис. 11.16 показана индикаторная диаграмма поршневого компрессора.
Рис. 11.16. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора:
I изотерма; II политропа; III - адиабата
Различают теоретические и действительные диаграммы.
Рассмотрим процесс сжатия воздуха по теоретической диаграмме, не учитывающей ряд действительных факторов, сопровождающих процесс сжатия на практике.
При движении поршня воздух поступает в цилиндр при давлении р, это характе-
ризуется прямой р- 2.
При движении поршня в обратном направлении закрывается всасывающий клапан и начинается сжатие воздуха.
Если процесс сжатии происходит без отвода тепла в окружающую среду - адиаба-
тический процесс, то процесс сжатия будет происходить по кривой III.
В случае сжатия воздуха при постоянной температуре (при интенсивном отводе тепла от сжимаемого воздуха) - изотермический процесс, процесс сжатия протекает по кривой 1. На практике производится лишь частичный отвод тепла и поэтому процесс является политропическим (кривая II).
При достижении давления в цилиндре роткрывается нагнетательный клапан и воз
дух из цилиндра переходит в ресивер, служащий аккумулятором сжатого до давления р воздуха. ( прямая 3 - р).
Площадь диаграммы представляет собой теоретическую работу сжатия воздуха в течение цикла.
Действительная диаграмма значительно отличается от теоретической.
При нахождении в крайнем положении поршень не доходит до конца и между ним и крышкой остается вредное (мертвое) пространство объемом V, в котором находится сжатый воздух с давлением р.
Поэтому на участке 4 1 при перемещении поршня происходит расширение остав
шегося во вредном пространстве воздуха, давление которого уменьшается от значения р до р.
В точке 1' открывается всасывающий клапан и до точки 2 происходит всасывание при давлении, несколько меньшем р из-за потерь при прохождении воздуха через всасы-
вающий клапан.
При обратном движении поршня с точки 2 начинается сжатие воздуха по кривой II, так как только часть выделившейся теплоты при сжатии воздуха отводится в систему охлаждения компрессора (политропический процесс).
Выталкивание сжатого воздуха из цилиндра в ресивер происходит при давлении, несколько большем р (кривая 3 - 4), что обусловлено сопротивлением движению воздуха через нагнетательный клапан.
Площадь действительной индикаторной диаграммы (заштрихованная площадь) бу-
дет меньше теоретической. Эта площадь характеризует работу А, совершаемую компрес
сором за цикл.
Среднее давление за цикл может быть определено по выражению
р= = , ( 11.20 )
где V = V- V- объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р.
Средняя подача компрессора ( м/ с )
Q= F S ω η, ( 11.21 )
где z коэффициент кратности действия ( z = 1, 2, 3 … );
F - площадь поршня, м;
S ход поршня, м;
ω угловая скорость электродвигателя, рад / с;
η- объемный КПД компрессора.
На рис. 11.17 а, б показано изменение подачи для компрессора простого и двойного
действия.
Рис. 11.17. Изменение подачи поршневого компрессора: а простого действия; б двойного действия
Компрессоры простого действия характеризуются большой неравномерностью хо-
да. Для выравнивания графика нагрузки на вал таких компрессоров обычно устанавливает
ся маховик.
Мощность одноступенчатого компрессора ( кВт )
Р = , ( 11.22 )
где А- работа, Дж;
Q- cредняя подача компрессора, м/ с;
V - объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р, м;
η- КПД компрессора.
Для z- ступенчатого компрессора индикаторная диаграмма оказывается составлен-
ной из z частей, соответствующих всем ступеням
Для компрeccopa двойного действия мощность, полученная по выражению для од-
ноступенчатого компрессора ( см. выше ), удваивается.
Способы регулирования подачи компрессоров
Регулирование подачи компрессоров осуществляется двумя способами:
При электрическом способе подача изменяется путем изменения частоты вращения
электродвигателя.
При механическом способе подачу можно изменять тремя способами:
3.8. Практические формулы для расчет мощности электродвигателей насосов, вентиляторов и компрессоров
Расчет мощности электродвигателей насосов
Мощность (кВт) ЭД, необходимая для вращения вала насоса
Р = kз γ Q H / ( 1000ηпηн ) ( 11.23 ),
где kз коэффициент запаса ( 1,1...1,4 ); γ плотность жидкости ( для холодной во
ды γ = 9810 Н / м3 ); Q подача насоса, м3 / с ( кубический метр в секунду ); H напор насоса, м; ηп - коэффициент полезного действия передачи ( если электродвигатель и насос соединены без передачи, то ηп = 1 ); ηн - коэффициент полезного действия насоса( для цент
робежных насосов с давленим большим, чем 39000 Па, ηн = 0,6...0,75; с давлением мень-
шим, чем 39000 Па, ηн = 0,3...0,6 ).
Лучше всего определять КПД насоса по данным каталога.
На практике частота вращения электродвигателя не всегда одинакова с частотой вращения насоса.
Поэтому после расчета и выбора электродвигателя, частота вращения которого не совпадает с частотой вращнения насоса, надо обязательно пересчитать основные парамет
ры насоса при его неноминальной скорости.
Это позволит избежать крупных неприятностей, т.к. при несовпадении скоростей насоса и электродвигателя изменяются параметры как насоса, так и электродвигателя.
Например, у насоса мощность, напор и подача могут оказаться больше или меньше номинальных. Аналогично, мощность электродвигателя может быть больше или меньше номинальной. В первом случае электродвигатель может сгореть, во втором рабо тать с недогрузкой.
У центробежных насосов и вентиляторов мощность электродвигателя Р , напор Н и подача Q связаны такими соотношениями:
Р1/ Р2 = ( n13 / n2 3 ) ( 11.24 ) ;
Н1 / Н2 = ( n12 / n2 2 ) ( 11.25 );
Q1 / Q 2 = n1 / n2 ( 11.26 ).
Пример 1.
Рассчитать:
1. мощность электродвигателя насоса по таким исходным данным
Q = 50 м3 / ч; Н = 30 м; ηн = 0,5; n1 = 1465 об / хв.
дет до минимального значения n2 = 965 об / хв..
Электродвигатель и насос соединены без передачи.
Р1 = kз γ Q H / ( 1000ηпηн ) = 1,1*9810*50*30 / ( 1000*1*0,5*3600 ) = 8,99 кВт,
где 3600 коэффициент перевода подачи насоса из м3 / ч ( час ) в м3 / с ( секунду ).
ния параметров насоса такие:
из соотношения ( 1 )
Р2 = Р1 ( n2 3 / n13 ) = 8,99 ( 9653 / 14653 ) = 2,63 кВт
из соотношения ( 2 )
Н2 = Н1 ( n2 2 / n12 ) = 30 ( 9652 / 14652 ) = 13,1 м
из соотношения ( 3 )
Q 2 = Q1 ( n2 / n1 ) = 50 ( 965 / 1465 ) = 33 м3 / ч.
Расчет мощности электродвигателей вентиляторов
Мощность (кВт) ЭД, необходимая для вращения вала вентилятора
Р = kз Q H / ( 1000ηпηв ) ( 11.27 ),
где kз коэффициент запаса ( 1,1...1,6 ); Q подача вентилятора, м3 / с ( кубиче-
сктй метр в секунду ); H давление воздуха, Па; ηп - коэффициент полезного действия передачи ( если электродвигатель и насос соединены без передачи, то ηп = 1, при клино-ременной передаче ηп = 0,92...0,94; при плоско-ременной ηп = 0,87...
...0,9;); ηв - коэффициент полезного действия вентилятора ( для центробежных вен-
тиляторвв ηв = 0,4...0,7, для осевых ηв = 0,5...0,85 ).
Лучше всего определять КПД вентилятора по данным каталога.
Пример 2.
Рассчитать мощность электродвигателя центробежного вентилятора по таким исходным данным: Q = 20 м3 / ч; Н = 0,2 МПа, передача клино-ременная. Недостаю
чи параметры выбрать самостоятельно.
2. Мощность электродвигателя центробежного вентилятора
Р = kз Q H / ( 1000ηпηв ) = 1,3*20*0,2*106 / ( 1000*0,92*0,5*3600 ) = 3,4 кВт,
где 106 коэффициент перевода давления из МПа в Па;
3600 - коэффициент перевода подачи из м3 / ч ( час ) в м3 / с ( секунду ).
Следует помнить о том, что для центробежных вентиляторов справедливы приве-
денные выше соотношения
Р1/ Р2 = ( n13 / n2 3 ) ( 11.28 ) ;
Н1 / Н2 = ( n12 / n2 2 ) ( 11.29 );
Q1 / Q 2 = n1 / n2 ( 11.30 ).
В частности, мощность электродвигателя вентилятора пропорциональна кубу скоро
сти.
Это обстоятельство надо особенно учитывать для вентиляторов, соединенных с эле
ктродвигателем через клиноременные передачи.
На одном из судов ( т/х „Славск” ) заменили вышедший из строя шкив на валу вен-
тилятора кондиционера на шкив с диаметром, меньшим штатного в 1,1 раза.
В результате передаточное число передачи, а значит, скорость вала вентилятора увеличились в 1,1 раза. Это привело к увеличению мощности электродвигателя в 1,13= 1,331 раза.
При этом ток, потребляемый электродвигателем, также увеличился в 1,33 раз, что
стало вызывать постоянное срабатывание тепловой защиты, отключавшей электродвига-
тель от сети.
После обнаружения ошибки и установке шкива с прежним ( штатным ) диаметром отключения электродвигателя прекратились
Расчет мощности электродвигателей поршневых компрессоров
Мощность (кВт) ЭД, необходимая для привода поршневого компрессора
Р = kз Q В / ( 1000ηпηк ) ( 11.31 ),
где kз коэффициент запаса ( 1,1...1,2 ); Q подача компрессора, м3 / с ( кубиче-
ский метр в секунду ); В работа, которая затрачивается на сжатие 1м3 воздуха до
необходимого рабочего давления, Дж / м3 ( см. таблицу ниже ); ηп - коэффициент полезного действия передачи; ηк - коэффициент полезного действия компрессора.
Таблиця 1 .
Работа, которая затрачивается на сжатие 1м3 воздуха
№ |
Конечное давление Р , МПа |
Работа на сжатие В, Дж / м3 |
1 |
0,2 |
716 00 |
2 |
0,3 |
117 300 |
3 |
0,4 |
152 200 |
4 |
0,5 |
179 000 |
5 |
0,6 |
203 000 |
6 |
0,7 |
224 000 |
7 |
0,8 |
242 000 |
8 |
0,9 |
263 000 |
9 |
1,0 |
273 000 |
Пример 3.
Рассчитать мощность электродвигателя поршневого компресора по таким исход-
ным данным:
Q = 10 м3 / мин; Р = 0,8 МПа, ηп = 0,9, ηк = 0,7. Значение коэффициент запаса kз принять самлстоятельно.
Решение
3. Мощность электродвигателя компрессора
Р = kз Q В / ( 1000ηпηк ) = 1,2*10*242 000 / ( 1000*0,7*0,9*60 ) = 76,8 кВт,
где 60 - коэффициент перевода подачи из м3 / мин ( минуту ) в м3 / с ( секунду ).
3.9. Требования Правил Регистра к электроприводам насосов и ветиляторов
Требования к электроприводам насосов
верстия, находящиеся выше уровня ватерлинии, в местах спуска спасательных шлюпок или спасательных плотов, должны иметь выключатели, расположенные вблизи постов управления спусковых устройств шлюпок или плотов; эти устройства должны быть разме
щены на видимых местах, закрыты стеклом и снабжены поясняющими надписями;
должны иметь устройства дистанционного пуска, расположенные выше палубы перебо-
рок. Эти устройства должны иметь световую сигнализацию о включении электроприво-
да;
в случае повреждения их цепей дистанционного управления.
Требования к электроприводам вентиляторов
должны иметь не менее двух отключающих устройств, причём одно из них должно нахо-
диться вне шахты МО в месте, легко доступном с главной палубы;
ционного отключения их из рубки ( мостика ).
На пассажирских, промысловых и других судах с большой численностью экипажа таких устройств должно быть не менее двух, расположенных как можно дальше друг от друга. При этом второе отключающее устройство должно иметь доступ с открытой палу-
бы или устанавливаться в помещении вахтенного, если оно предусмотрено;
ожаротушения, должны автоматически отключаться при пуске системы пожаротушения;
4. число отключающих устройств электроприводов вентиляторов не должно
превышать трёх.
4. Системы управления электроприводами нагнетателей
4.1. Основные сведения
Режим работы вспомогательных механизмов определяется режимом работы уста
новки или системы, для которой предназначены механизмы.
В продолжительном режиме S1 c постоянной нагрузкой работают ЭП насосов,
обеспечивающих работу ГД ( топливные, масляные, пресной и забортной воды ), вен-
тиляторы МО, трюмные, бытовых помещений и др.
В кратковременном режиме S2 работают насосы общесудового назначения: сани
тарные насосы пресной и забортной воды ( гидрофоры ), топливо- и маслоперекачиваю-
щие насосы, пополняющие расходные цистерны, а такжк компрессоры пускового возду-
ха главного двигателя и вспомогательных дизель-генераторов.
Судовые насосы, вентиляторы и компрессоры включаются сравнительно редко, не требуют специальных способов торможения и обычно работают без регулирования скорости. Важным отличием приводов этих механизмов является отсутствие реверса ЭД, что упрощает схемы управления, сводя их назначение лишь к пуску, остановке и только в редких случаях - к незначительному изменению скорости.
Для пуска насосов, вентиляторов и компрессоров применяют: на переменном токе нереверсивные магнитные пускатели; на постоянном токе пускорегулировоч-
ные реостаты. У пускорегулировочных реостатов регулирование скорости выше номи-
нальной ( не более чем на 10-% ) применяется для восстановления номинальной пода-
чи насосов, которая уменьшается вследствие отложения на стенках трубопроводов ржавчины и остатков нефтепродуктов, вприводящего к уменьшению сечения трубо-
проводов.
4.2. Схема автоматического управления электроприводом центробежного насоса
Основные сведения
Схема предназначена для автоматического и ручного управления электроприводом
центробежного насоса системы санитарной воды ( рис. 11.4 ).
В состав системы управления входит гидрофор ( рис. 11.3 ).
Гидрофор устройство для накопления и расходования воды в системах автомати-
зированных судовых электроприводов.
На судах гидрофоры используют в системах пресной и забортной ( санитарной ) воды.
Пресная вода подается в каюты, душевые, прачечную, на камбуз, в буфет комсоста-
ва и другие судовые жилые и служебные помещения.-
. Забортная вода подается в гальюны, а также для смыва палубы в душевые, прачеч-
ные, на камбуз и другие помещения. В каюты забортная вода не подается.
Рис. 11.3. Устройство гидрофора
Конструктивно гидрофор представляет собой стальную емкость - резервуар, в верх
ней части которого находится воздух, образующий воздушную подушку. Остальная часть заполнена водой ( соответственно пресной или забортной ). Таким образом, воздух стре-
мится вытеснить воду из резервуара в систему.
Емкость резервуара зависит от водоизмещения судна чем больше судно, тем ем-
кость больше. На судах водоизмещением 1500….2000 тонн эта емкость составляет около 300 литров воды.
Внутри резервуара давление воздуха на воду, т.е. давление воды в системе, изменя-
ется в пределах от 2-х до 4-х технических атмосфер ( at ).
Вода в резервуар поступает от насоса через клапан YV1, а в систему пресной ( за-
бортной ) воды подается через клапан YV2. При работе гидрофора оба клапана постоянно открыты.
В верхней части резервуара находятся реле давления SP, управляющее включением и отключением насоса, и манометр рР, служащий для контроля воды в резервуаре ( т.е. в системе ). Клапаны YV3 и YV4 при работе гидрофора постоянно открыты.
Клапан YV3 закрывают, если необходимо снять реле давления SP для профилакти-
ки или замены. Аналогично, клапан YV4 закрывают, если необходимо снять манометр рР для профилактики или замены.
В нижней части гидрофора расположен клапан YV5, предназначенный для удале-
ния шлама из резервуара. Шлам это взвесь мелких частиц грязи в воде, скапливающаяся на дне резервуара..
При работе гидрофора клапан YV5 закрыт, для удаления грязи клапан открывают, и остатки грязи вместе с водой удаляются из резервуара.
На судах отечественной постройки в качестве реле давления применяют комбини-
рованное реле типа РДК-57 ( реле давления комбинированное ), внутри корпуса которого находятся два одинаковых по устройству реле, одно - минимального давления, другое
максимального. Эти реле отличаются только настройкой на разные значения давления.
Принцип действия гидрофора состоит в следующем.
Если в результате расхода воды давление воды понизится до минимального ( 2 at ),
реле минимального давления замыкает свой контакт, в результате насос включается и по-
дает воду в резервуар. При повышении давления воды в резервуаре до максимального
( 4 at ) реле максимального давления размыкает свой контакт, в результате насос останав-
ливается.
Далее процесс повторяется.
Элементы схемы ( рис. 11.4 ):
а ) “0” выключено, в этом положении контакты SA разомкнуты ;
б ) «ручное», в этом положении контакты SA переключаются вверх, включая в схему управления кнопочный пост с кнопками SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп»;
в ) «автоматическое», в этом положении контакты SA переключаются вниз, включая в схему управления контакты реле минимального SРи SР давления;
3. КК1, КК2 тепловые реле, для защиты двигателя от токов перегрузки;
Рис. 11.4. Принципиальная схема автоматического управления электроприводом центробежного санитарного насоса.
Реле давления SРзамыкает контакт при понижении давления воды до 2,0 at
( 2 кг/см ) и размыкает при повышении давления воды до 2,5 at ( 2,5 кг/см).
Реле давления SРразмыкает контакт при повышении давления воды до 4,0 at
( 4 кг/см ) и замыкает при понижении давления воды до 3,5 at ( 3,5 кгс/см).
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе необходимо:
распределительном щите, тем самым подавая питание на схему.
Схема готова к работе.
Ручное управление
При ручном управлении контакты SA переключены вверх.
При понижении давления до 2,0 at вахтенный моторист ( механик ) нажимает
кнопку SB1 «Пуск». При этом образуется цепь тока через катушку линейного контактора КМ:
линейный провод С нижний предохранитель FU левый контакт переключателя SA контакты кнопки SB1 контакты кнопки SB2 «Стоп» - правый левый контакт пере-
ключателя SA размыкающий контакт теплового реле КК1 катушка КМ размыкаю-
щий контакт теплового реле КК2 верхний предохранитель FU линейный провод В.
Контактор КМ включается, замыкает главные контакты в цепи обмотки статора,
происходит пуск двигателя, и два вспомогательных в цепях управления.
Верхний вспомогательный контакт КМ шунтирует кнопку SB1 «Пуск», после чего
ее можно отпустить. Замыкание нижнего контакта не влияет на работу схемы.
При повышении давления до 4,0 at вахтенный моторист ( механик ) нажимает
кнопку SB2 «Стоп». Цепь тока через катушку контактора КМ обрывается, контактор от-
ключается и размыкает главные и вспомогательные контакты.
При этом размыкание верхнего вспомогательного контакта не позволяет двигателю включиться повторно сразу же после отпускания кнопки SB2, когда её контакты замкнут-
ся.
Автоматическое управление
При автоматическом управлении контакты SA переключены вниз.
При понижении давления до 2,0 at замыкаются контакты SР, при этом об-
разуется цепь тока через катушку линейного контактора КМ:
линейный провод С нижний предохранитель FU левый контакт переключателя SA контакты SР SР - правый левый контакт переключателя SA размыкаю-
щий контакт теплового реле КК1 катушка КМ размыкающий контакт теплового реле КК2 верхний предохранитель FU линейный провод В.
Контактор КМ включается, замыкает главные контакты в цепи обмотки статора,
происходит пуск двигателя, и два вспомогательных в цепях управления.
Нижний вспомогательный контакт КМ шунтирует контакты SР. Замыкание верхнего контакта не влияет на работу схемы.
При повышении давления до 2,5 at контакты SРразмыкаются, но цепь тока ка-
тушки КМ сохраняется через нижний вспомогательный контакт КМ, насос не отключает-
ся и продолжает поднимать давление.
При повышении давления до 4,0 at контакты SРразмыкаются, разрывая цепь тока катушки КМ, двигатель отключается от сети, насос останавливается.
При понижении давления воды до 3,5 at контакт контакты SРзамыкается, но
цепь тока катушки КМ не образуется, т.к. разомкнут нижний вспомогательный контакт КМ.
Таким образом, контакты SРвыполняют роль кнопки SB1 «Пуск», а контакты
SР- кнопки SB2 «Стоп».
Защита от коротких замыканий.
При коротком замыкании в обмотке статора двигателя М отключается автоматиче-
ский выключатель ( на схеме не показан ).
При коротком замыкании в катушке контактора КМ сгорает предохранитель FU
( или оба одновременно ).
Защита от токов перегрузки
При увеличении тока в обмотке статора выше номинального тепловое реле КК1
( или КК2 ) размыкает контакт в цепи катушки КМ. Двигатель отключается.
После остывания нагревательного элемента КК1 ( КК2 ) контакт КК1 ( КК2 ) в цепи
катушки КМ замкнется, но контактор включиться не может, т.к. в цепи его катушки разом
кнут верхний вспомогательный контакт КМ.
Для повторного пуска надо:
котором замкнутся контакты SР.
Защита по снижению напряжения
Рассмотрим действие защиты при ручном управлении.
При снижении напряжения до 60% и менее ток катушки контактора, по закону Ома
, также уменьшается до 60% и менее. При таком токе магнитный поток не может удержать якорь контактора в притянутом состоянии, поэтому якорь отпадает, контактор отключает-
ся.
При отключении контактора, кроме главных контактов в цепи обмотки статора
двигателя, размыкается его вспомогательный контакты в цепи катушки, поэтому ток в катушке пропадает.
При восстановлении напряжения до номинального цепь тока в катушке не может
восстановиться, т.к. разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск» и вспомогательный КМ, включенный параллельно кнопке SB1.
Для повторного включения надо нажать кнопку SB1 «Пуск».
Рассмотрим действие защиты при автоматическом управлении.
При снижении напряжения до 60% и менее вначале схема работает так же, как и при ручном управлении, т.е. отпадает якорь КМ, двигатель отключается от сети и останав
ливается.
При восстановлении напряжения до номинального цепь тока в катушке не может восстановиться, т.к. разомкнуты контакты SРи вспомогательный КМ, включенный параллельно контактам SР. Включение контактора произойдет только при замыкании контактов SР, т.е. после понижении давления воды до 2,0 at.
Таким образом, повторный самозапуск двигателя после восстановления напряже-
ния возможен, если давление воды ниже нормы, т.е. контакты SРзамкнуты, и не про-
изойдет, если давление нормальное.
4.3. Принципиальная схема управления электроприводом осушительного насоса
Основные сведения
Осушительные насосы предназначены для удаления воды, стекающей в осушитель
ные колодцы машинного отделения с деки металлической палубы, расположенной выше второго дна.
Вода на деку попадает в результате конденсации нагретого воздуха машинного от-
деления при его соприкосновении с холодными бортами, а также в результате утечек забортной и пресной воды из трубопроводов различных судовых систем балластной, охлаждения главного и вспомогательных двигателей и т.п.
Таким образом, осушительные колодцы не дают стекающей на деку воде свободно
перемещаться по деке и вызывать опасный крен судна.
В машинном отделении любого судна таких колодцев 4, по 2 в носу и корме. Такое расположение обеспечивает накопление воды в колодцах при любом положении корпуса судна, например, при крене на любой из бортов или дифференте ( наклоне ) на нос или на корму.
Рис. 11.5. Принципиальная схема автоматического управления электроприводом осушительного насоса
Элементы схемы
В силовой части схемы показаны:
4. М асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.
В схеме управления показаны:
3-х положений: «выключено» ( как на схеме ), при котором работа насоса невозможна;
«ручное управление», при котором оба контакта переключаются в верхнее положение; «автоматическое управление», оба контакта переключаются в нижнее положение;
рядом с насосом в машинном отделении, второй в коридоре вне шахты машинного отделения используется для пуска, если нельзя попасть в машинное отделение, напри
мер, при пожаре );
при понижении давления до минимально допустимого замыкаются;
отключении насоса тепловым реле КК или о недопустимом снижении давления воды на сливе;
ложных включений насоса при кратковременном повышении воды в колодцах, напри
мер, при качке;
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе:
«автоматическое»;
показан ), при этом на линейных проводах А, В, С появляется напряжение 380 В.
Это напряжение с линейных проводов В и С поступает на первичную обмотку тран
сформатора TV, вследствие чего на вторичной обмотке появляется пониженное напряже-
ние, которое выпрямляется мостиком UZ и подается на катушку сливного клапана YV3, последний открывается.
Из сказанного следует, что сливной клапан открывается с момента подачи питания
на схему и вне зависимости от режима работы насоса «ручное» или «автоматическое».
Ручное управление
При ручном управлении уровень воды в колодцах контролируется вахтой в машин
ном отделении. В случае повышения уровня воды в колодце, например, левого борта, замыкаются контакты реле уровня SL1в цепи катушки реле времени КТ3.
Реле КТ3 через 6-8 с замыкает два своих контакта верхний в цепи катушки кон-
тактора КМ и нижний в цепи катушки электромагнитного клапана YV1. Замыкание верх-
него контакта КТ3 не приводит к включению насоса, т.к. контакты переключателя SA на-
ходятся в положении «ручное». Замыкание нижнего контакта включает катушку электро-
магнитного клапана YV1 на всасывании, последний открывается.
При нажатии кнопки SB1 ( или SB2 ) через контакты кнопки образуется цепь тока
катушки контактора КМ:
линейный провод С левый верхний предохранитель верхний контакт переключа
теля SA - контакты кнопки SB1 ( SB2 ) контакты кнопки SB3 «Стоп» - размыкающий контакт теплового реле КК катушка КМ правый верхний предохранитель линейный провод В.
Контактор КМ включается, замыкает главные контакты в цепи обмотки статора
двигателя, а также два вспомогательных один шунтирует кнопку SB1 ( SB2 ), после чего ее можно отпустить, а второй включает промежуточное реле KV.
Это реле замыкает свой контакт в цепи катушки реле времени КТ1 с выдержкой
времени 50 мин.
В результате работы насоса уровень воды понижается, контакт реле уровня SL1 раз
мыкается, отключая катушку реле времени КТ3. Реле размыкает оба своих контакта, раз-
мыкание верхнего не влияет на работу схемы, а при размыкании нижнего отключается электромагнитный клапан YV1, который закрывается.
В этот момент времени вахтенный должен остановить насос нажатием кнопки SB3.
Если сделать это с запозданием, насос может выйти из строя, т.к. вода через него не идет
( клапан YV1 уже закрыт ).
Автоматическое управление
При автоматическом управлении переключатель SA находится в положении «авто-
матическое».
Схема работает так.
При повышении уровня воды в колодце, например, левого борта, реле уровня SL1
замыкает свой контакт, включая реле времени КТ3.
Реле КТ3 через 6-8 с замыкает два своих контакта верхний в цепи катушки кон-
тактора КМ и нижний в цепи катушки электромагнитного клапана YV1.
При замыкании верхнего контакта КТ3 через него подается питание на катушку
линейного контактора КМ по цепи:
линейный провод С левый верхний предохранитель верхний контакт переклю-
чателя SA - контакт КТ3 - контакты кнопки SB3 «Стоп» - размыкающий контакт теплово
го реле КК катушка КМ правый верхний предохранитель линейный провод В.
Замыкание нижнего контакта КТ3 включает катушку электромагнитного клапана
YV1 на всасывании, последний открывается.
Контактор КМ включается, замыкает главные контакты в цепи обмотки статора
двигателя, а также два вспомогательных один шунтирует кнопку SB1 ( SB2 ), но это не влияет на работу схемы, т.к. верхний контакт переключателя SA находится в нижнем поло
жении, а второй включает промежуточное реле KV.
Это реле замыкает свой контакт в цепи катушки реле времени КТ1 с выдержкой
времени 50 мин.
В результате работы насоса уровень воды понижается, контакт реле уровня SL1
размыкается, отключая катушку реле времени КТ3. Реле размыкает оба своих контакта, размыкание верхнего приводит к обрыву цепи катушки контактора КМ, насос останавли-
вается, а при размыкании нижнего отключается электромагнитный клапан YV1, который закрывается.
Таким образом, при работе в автоматическом режиме включение или отключение
насоса вызывается замыканием или размыканием контакта реле уровня SL1 ( SL2 ).
Сигнализация и защиты
В схеме есть 2 сигнальных реле: КТ1 и КТ2.
Реле КТ1 включается одновременно с контактором КМ и остается включенным,
пока включен этот контактор. Если насос работает более 50 мин, реле КТ1 на 51-й минуте замыкает свой контакт КТ1 в цепи сигнала «Насос работает очень долго», тем самым при-
влекая внимание вахты в МО к продолжительной работе насоса. Это реле работает одина-
ково как в ручном, так и в автоматическом режиме.
Реле КТ2 включается в двух случаях:
один свой контакт в цепи катушки линейного контактора КМ, насос останавливается, и замыкает второй контакт в цепи катушки реле времени КТ2. Реле через 5-8 с замыкает контакт в цепи сигнала «Насос неисправен».
Этот сигнал появляется при перегрузке насоса при работе как в ручном, так и в автоматическом режиме;
цепь тока через контакт SP может образоваться при условии, что нижний контакт пере-
ключателя видов управления SA замкнут, а это возможно только в автоматическом режи-
ме.
Напомним, что реле давления SP установлено на сливе и замыкает свой контакт при недопустимом снижении давления воды на сливе, например, в случае, если своевре
менно не разомкнулся контакт реле уровня SLl ( SL2 ), т.е. насос откатал всю воду из ко-
лодца и продолжает работать «всухую».
Защита от токов короткого замыкания
Для защиты от токов короткого замыкания в силовой части схемы ( т.е. в обмотке
статора двигателя ) служит автоматический выключатель ( на схеме не показан ). Для за-
щиты от токов короткого замыкания в цепях управления служат предохранители FU с плавкой вставкой.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки служит тепловое реле КК. При перегрузке это реле размыкает верхний контакт в цепи катушки контактора КМ, насос останавливается. Вто-
рой, нижний контакт КК замыкается в цепи реле времени КТ2, которое включает сигнал «Насос неисправен».
Защита по снижению напряжения
При снижении напряжения до 60% и менее якорь контактора КМ отпадает, насос останавливается.
При восстановлении напряжения защита работает по разному, в зависимости от
режима работы насоса, а именно:
1. при ручном управлении контактор КМ не включается, т.к. после отпадания якоря контактора КМ его вспомогательный контакт, включенный параллельно кнопкам SB1 ( SB2 ) «Пуск» остается разомкнутым. Иначе говоря, в этом режиме защита по снижению напряжения работает как нулевая, т.е. для повторного включения насоса надо нажать кнопку SB1 ( SB2 );
2. при автоматическом управлении контактор КМ включается повторно, т.к. в цепи катушки КМ повторно замыкается ( после восстановления напряжения ) контакт КТ3 ( КТ4 ). Иначе говоря, в этом режиме защита по снижению напряжения работает как мини-
мальная, т.е. обеспечивает повторное самопроизвольное ( без участия человека ) включе-
ние насоса.
4.4. Схема автоматического управления и резервирования электроприводами насосов машинного отделения
Уровень автоматизации электроприводов вентиляторных и насосных установок зависит от типа судна и назначения электропривода.
На современных автоматизированных судах все основные нагнетатели имеют автоматическое управление.
Режим эксплуатации автоматизированных судов предполагает сохранение полной работоспособности энергетической установки при неисправности одного из элементов или системы без вмешательства обслуживающего персонала.
Поэтому для каждого привода, необходимого для обеспечения работы машинной установки, имеется однотипный резервный привод, который находится в режиме готовно-
сти при работе основного привода, и автоматически запускается при отключении основно
го привода из-за какой-либо неисправности.
После исчезновения и последующего восстановления напряжения в судовой элект
рической станции находящиеся в работе приводы должны быть автоматически введены в действие.
Пуск электродвигателей необходимо производить по специальной временной про
грамме в порядке важности электроприводов. Такая автоматизированная система управления электроприводами получила название «Stand by» ( «Готов к действию» ).
Схема автоматизированного управления электроприводами насосов машинной установки предназначена для управления 10 парами важнейших насосов энергетической установки. В схему включены следующие пары насосов:
1. насосы пресной воды дизель-генераторов ( ДГ );
2. насосы забортной воды ДГ;
3. насосы смазочного масла для главного двигателя ( ГД );.
4. топливоподкачивающие насосы;
5. насосы пресной воды для охлаждения цилиндров;
6. насосы смазочного масла для турбонагнетателей;
7. насосы смазочного масла для распределительного вала;
8. насосы забортной воды для ГД;
9. питательные насосы котла;
10. циркуляционные насосы горячей воды.
Схема построена таким образом, что любой насос из пары может использоваться как основной (рабочий), или резервный.
Схема пуска электропривода насоса показана на рис. 11.6.
Рис. 11.6. Схема пуска электропривода насоса
Распределительный щит насосов получает питание от ГРЩ. Включение электро-
привода осуществляется контактором КМ1, который включается через контактор управле-
ния КМ2.
При ручном управлении переключатель режима работы SA1 ставится в положение I. В этом случае управление осуществляется с помощью кнопок SB4 и SB5. У каждого на-
соса находится аварийный выключатель S1, который позволяет полностью отключить цепь управления.
При автоматическом управлении переключатель SA1 ставится в положение II. Управление насосом осуществляется вспомогательным реле К1А (для основного насоса), которое включено в схему автоматизированного управления электроприводами насосов, показанную на рис. 11.7.
Вспомогательное реле К2А управляет резервным насосом.
Перед пуском электродвигателя насоса необходимо прежде всего переключателем SA2 выбрать насос, который будет находиться в работе (основной насос). В положении 1 переключателя SA2 в работе насос № 1, а насос № 2 резервный.
После этого насос может быть включен посредством кнопки «Пуск» SB1 (цепь 3). При нажатии кнопки SB1 получает питание реле К2 и самоблокируется через замыкаю-
щий контакт К2 (цепь 9) и размыкающий контакт Кб (цепь 5).
Одновременно получает питание вспомогательное реле К1А, осуществляющее пуск насоса ( рис. 11.6 ).
В системе трубопроводов работающего насоса через известное время создается дав
ление, при котором срабатывает датчик минимального давления (см. рис.3.2 ) и замыкает контакт SP (цепь 6). Реле К4 своими контактами в цепях 5, 10 и 19 подготавливает к пуску резервный насос. Реле времени КТ1, контролирующее время введения в работу основного насоса, отключается контактом К8 и К7.
Рис. 11.7. Автоматизированная схема управления электроприводами насосов
Если в процессе пуска основной насос был не в состоянии создать необходимое ра-
бочее давление (контакт SP разомкнут) в обусловленное системой время, то реле времени КТ1 переключает свои контакты (цепь 15) и срабатывает реле К9. Реле К9 своим замыка-
ющим контактом в цепи 4 вызывает включение насоса, являющегося резервным.
Одновременно через замыкающий контакт К9 (цепь 17) включается реле К10 , кото
рое включает сигнализацию о неисправности «Переключение в схеме» и дает сигнал в си-
стему централизованного контроля.
Сигнализация неисправности сохраняется и тогда, если произошел нормальный пуск резервного насоса, он создал давление в магистрали и контакт датчика SP замкнулся. Сигнализация неисправности исчезнет только при переводе избирательного переключате
ля SA2 на резервный насос если неисправность устранена
Процесс переключения с основного на резервный насос при нарушении давления но время работы соответствует описанному выше. Продолжительность времени для пере
ключения на резервный насос определяется уставкой реле времени КТ2.
Повторно насосы включаются автоматически осле исчезновения и последующего восстановления напряжения питания электроприводов по схеме, показанной па рис.11.8.
Поочередное повторное включение для насосов рассматриваемой системы после обесточнвания сети осуществляется по следующей временной программе:
1. Через 5 с насосы пресной воды для ДГ; насосы забортной воды для ДГ.
2. Через 10 с насосы смазочного масла для ГД; насосы топливо-подкачивающие.
3. Через 15 снасосы пресной воды для охлаждения цилиндров.
4. Через 20 с насосы смазочного масла для турбонагнетателей; насосы смазочно
го масла для распределительного вала.
5. Через 25 с насосы забортной воды для ГД.
6. Через 30 с питательные насосы котла; главный воздушный компрессор 1.
7. Через 35 с циркуляционные насосы горячей воды; главный воздушный комп
рессор 2.
Рис. 11.8. Схема повторного включения электроприводов насосов
При работе аварийного генератора и при питании с берега устройство повторного включения отключается. Устройство повторного включения может быть также отключено выключателем S из ЦПУ.
Деблокировка для повторного включения насосов по временной программе осуще-
ствляется через контакт из системы автоматики энергетической установки.
Если осуществляется повторное включение при помощи выключателя SB3, распо-
ложенного в ЦПУ, то срабатывают реле К15 и К17 (цепи 4, 5). Замыкающий контакт К17 (цепь 8) подает рабочее напряжение на реле времени КТ1 и КТ2.
Одновременно срабатывают контакты К17 в цепях 6 и 12, т. е. замыкается перемыч
ка между Зb и 4а реле КТ1, вследствие чего оно сработает после установленного времени (уставка реле КТ1 5с ).
Реле КТ2 не сработает, так как контакт К17 (цепь 12) разомкнул перемычку между Зb и 4а. После выдержки времени 5 с сработает реле КТ1 и через двухсторонний контакт
( цепь 9 ) включится выходное реле К16, которое через замыкающие контакты K16 и КТ2 самоблокируется.
Одновременно через переключающий контакт К16 (цепь 13) включается реле К5. Реле К5 самоблокируется (цепь 16), подготавливает запуск второй ступени выдержки вре-
мени (цепь 17) и включает через контакт SX (см. рис. 11.7, цепь 1) множительное реле К1, контакт которого реализует первое повторное включение насосов.
Контакт реле К16 (цепь 6) (см. рис. 11.8 ) отключает реле времени КТ1, а через дру-
гой переключающий контакт К16 (цепь 12) включается реле времени КТ2, которое сраба
тывает также через 5 с. Двухсторонний контакт КТ2 (цепь 9) прерывает самоблокировку выходного реле К16, вследствие чего оно отключается.
Переключение соответствует включению реле Кб (цепь 17), которое включает вто-
рой насос. Включение других насосов через каждые о с осуществляется таким же образом, как и описанное выше.
4.5. Схема автоматического управления компрессором пускового воздуха
Компрессор механизм для получения сжатого воздуха или газа .
На судах сжатый воздух применяют в следующих основных случаях:
20…30 at ( 2…3 МПа );.
этом давление воздуха не более 2 at ( 0,2 МПа );
ратов, удаления остатков ржавчины после обивки палубы и т.п.; при этом давление возду
ха составляет 1,6…2 at ( 0,16…0,2 МПа ).
Компрессоры разделяют ( классифицируют ) по таким признакам:
осевые применяют с целью получения больших подач ( объёмов ) воздуха или газа, порш-
невые для получения больших давлений. На судах чаще применяются поршневые комп-
рессоры;
двух- и многоступенчатые; простого или двойного действия.
Принцип действия поршневого компрессора такой же, как и поршневого насоса.
В одноступенчатом компрессоре простого действия в качестве рабочего использует
ся только одно из двух движений поршня в цилиндре. Такие компрессоры применяют для получения небольших давлений.
В компрессорах двойного действия ( двухступенчатых ) используются как рабочие
оба движения поршня прямое и обратное. При прямом движении воздух из атмосферы сжимается в первой ступени компрессора до 5…6 at, при обратном этот воздух подается во вторую ступень, в которой дополнительно сжимается до 25…30 at.
Поскольку при сжатии выделяется тепло, цилиндры компрессора снаружи охлажда
ются водой. Для смазки трущихся частей внутрь цилиндров подают масло.
Перед каждым пуском компрессора, а также периодически при его работе обе сту-
пени компрессора продувают от конденсата и остатков масла. При этом сжатый воздух не поступает в баллоны, а стравливается непосредственно в машинное отделение.
При пуске компрессора давление воды и масла на 3…6 с понижается, поскольку
вода и масло начинают заполнять рабочие полости компрессора. Поэтому для предотвра-
щения отключения компрессора действие защит по давлению масла и воды блокируют
( исключают ) при помощи реле времени ( в схеме КТ3 ) с выдержкой 8…10 с.
Режимы автоматической работы
В схеме управления отсутствует кнопочный пост управления с кнопками «Пуск» и
«Стоп», т.е. ручное управление схема не предусматривает.
Данная схема полностью автоматизирована, причём предусмотрены 2 автоматиче-
ских режима работы:
понижается лишь из-за утечек , компрессор включается редко;
воздуха большой из-за частых пусков главного двигателя.
Чтобы при маневрах не пускать так же часто двигатель компрессора, схема перево-
дит его в непрерывный режим работы. В этом режиме, при повышении давления до 32 at воздух автоматически стравливается в машинное отделение, а при понижении давления до 27 at, стравливание прекращается. Двигатель же работает непрерывно.
Рис. 11.9. Принципиальная схема автоматического управления электроприводом компрессора пускового воздуха:
расположение клапанов на компрессоре ( а ); схема управления ( б ) ; ЭМ1 разгрузоч-
ный клапан; ЭМ2 и ЭМ3 продувочные клапаны; ЭМ4 клапан охлаждающей воды
Элементы схемы
На схеме компрессора показаны:
лость 1( рис. 11.9, а ) с атмосферой, при этом воздух стравливается непосредственно в МО.
Предназначен для разгрузки компрессора. В ходовом режиме включается редко, только при пуске компрессора, в режиме манёвров включается часто;
ры низкого и высокого давления 2 и 3 ( рис. 11.9, а ) с атмосферой. Предназначены для продувки цилиндров. Если клапана включены, продувочные отверстия закрыты, и наобо-
рот.
В ходовом режиме клапана постоянно закрыты, продувка невозможна. Это являет-
ся серьёзным недостатком схемы управления.
В режиме манёвров, когда двигатель работает непрерывно, клапана периодически открываются. При этом очищаются цилиндры, а двигатель частично разгружается;
гретым частям компрессора;
ключатель SA1 расположен рядом с компрессором , переключатель SA2 находится в ЦПУ;
компрессором;
режиме ; его контакт замыкается при понижении давления воздуха до 26 at и размыкается при повышении давления до 30 at;
манёвров; его контакт замыкается при повышении давления воздуха до 32 кгс at и размы-
кается при понижении давления до 28 at;
де воды из компрессора, При повышении температуры до 60º С переключает свой кон-
такт в нижнее положение, при этом отключается двигатель компрессора и включается сигнализация;
ния до 0,8 at переключает свой контакт в верхнее положение, при этом отключается двига
тель компрессора и включается сигнализация;
at переключает свой контакт в верхнее положение, при этом отключается двигатель компрессора и включается сигнализация;
манёвров; при повышении давления воздуха до 32 at контакт реле давления SP1' замыкает
ся и включает это реле;
прессора в режиме манёвров; при повышении давления воздуха до 32 at контакт реле дав-
ления SP1' замыкается и включает это реле;
соответственно температуры и давления охлаждающей воды, а также давления масла;
сора;
ностью разгрузки компрессора в ходовом режиме;
компрессора во время пуска при кратковременном понижении давления воды и масла;
клапаном YV1; в ходовом режиме включается через контакты реле времени КТ2, в режиме манёвров через контакты реле времени КТ1.
Для подготовки схемы к работе включают на ГРЩ автоматический выключатель
электропривода компрессора и при помощи переключателей SA1 и SA2 выбирают нуж-
ный режим работы .
Ходовой режим
Для выбора ходового режима переключатель SA1 устанавливают в положение 2, а переключатель SA2 в положение 1. Положение выключателя SA3 роли не играет, он от-
ключён.
Предположим, что до начала работы контакты датчиков температуры воды SK ,
давления воды SP2 и давления масла SP3 находятся в положении, указанном на схеме, т.е. температура воды в норме, а давление воды и масла ниже нормы.
Работой схемы в ходовом режиме управляет реле давления SP1.
При понижении давления до 26 at ( 26 кгс/см) реле SP1 замыкает свой контакт, через который включаются линейный контактор КМ, реле времени КТ2 и КТ3, а также разгрузочное реле КV3.
Происходит пуск двигателя в режиме холостого хода, т.к. реле КV3 своим контак-
том включило разгрузочный клапан YV1.
Кроме того, через контакт КМ включаются клапаны YV2, YV3 YV4, при этом за-
крываются продувочные окна обеих ступеней давления и начинает поступать вода к на-
гревающимся узлам компрессора.
Через 6 с с момента пуска реле КТ2 размыкает свой контакт в цепи катушки разгру
зочного реле КV3. При этом отключается разгрузочный клапан YV1, двигатель переходит из режима холостого хода в режим нагрузки.
При пуске реле времени КТ3 блокирует датчики температуры и давления воды SK
и SP2 и давления масла SP3, шунтируя своим контактом их последовательно соединен-
ные контакты в цепи катушки КМ.
Если с момента пуска за 8 с давление воды и масла поднимется до нормы, контак-
ты SP2 и SP3 переключатся в нижнее положение, и через них образуется вторая, паралле
льная по отношению к контакту КТ3, цепь питания катушки КМ.
Поэтому на 9-й секунде, когда контакт КТ3 разомкнётся, контактор КМ и реле КТ2 не отключатся.
Если же за 8 с давление воды или масла не достигнет нормы, т. е. контакт SP2 или SP3 останется разомкнутым, на 9-й секунде, после размыкания контакта КТ3 , контактор КМ и реле КТ2 отключатся, пуск прекратится.
При достижении давления 30 at контакт SP1 размыкается , компрессор отключает-
ся.
Далее работа схемы повторяется.
Отметим особенности ходового режима работы:
что позволяет избежать ложных отключений компрессора в процессе пуска ;
грузку реле времени реле КТ2;
паны YV1 и YV2.
Режим манёвров
Для выбора этого режима переключатель SA1 устанавливают в положение 1,
а переключатель SA2 в положение 2. Аварийный выключатель SA3 должен быть включён.
Работой схемы управляет реле давления SP'.
Пуск двигателя начинается с момента подачи питания ( в ходовом режиме пуск
начинался с момента замыкания контактов реле SP1 ) и далее протекает так, как в предыду
щем случае.
При повышении давления воздуха до 32 at контакт SP1' замыкается, включаются
реле продувки KV1 и реле времени КТ1.
Реле продувки отключает продувочные клапана YV2 и YV3, начинается продув-
ка обеих ступеней давления.
Через 12 с реле КТ1 включает разгрузочное реле KV3, которое, в свою очередь
включит разгрузочный клапан YV1. Давление начинает понижаться, и при 27 at реле дав-
ления SP1' размыкает свой контакт, реле KV1 и КТ1 отключаются.
Тем самым прекращаются продувка и разгрузка компрессора. Давление воздуха вновь повышается до 32 at , далее работа схемы повторяется.
Отметим особенности режима манёвров:
начинается продувка компрессора, а через 12 с - разгрузка.
Бесконтактные схемы управления электроприводами нагнетателей
Основные сведения
Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от контактных схем управления судовыми электроприводами к бесконтактным.
В контактных схемах для переключения цепей используют медные контакты, а в .
в бесконтактных полупроводниковые приборы двух видов:
Транзисторы применяют для управления слаботочными цепями с токами до десят-
ков ампер, тиристоры для управления мощными силовыми цепями электроприводов с токами в десятки, сотни и тысячи ампер.
На базе транзисторов разных типов построены логические элементы, предназначен
ные для бесконтактного управления судовыми техническими средствами, например, насосами, компрессорами и др.
Следует заметить, что логические элементы могут быть построены не только на электрической элементной базе. На судах некоторых типов применяют пневматические логические элементы и др.
Логические элементы
Логика ( от греч. logike ) наука о способах доказательств и опровержений ( БСЭ,
Т. 32, с. 720 ).
Логическим называют элемент схемы, реализующий одну из логических функций.
К основным ( базовым ) логическим функциям относят такие;
Из основных функций могут быть получены производные путём внесения изменений в схему.
На практике из производных функций чаще всего применяют такие:
Рассмотрим первые четыре элемента..
Алгоритм элемента: сигнал на выходе всегда равен сигналу на входе.
( Алгоритм конечный набор правил, позволяющих чисто механически решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач БСЭ, том 1, стр 123 .. В упрощенном понимании алгоритм программа действий какого либо устройства или его элементов )
В символах алгебры логики алгоритм записывают так:
Y = X ( читается так; «игрек» есть «икс» ),
где: Х значение сигнала на входе;
Y - значение сигнала на выходе.
На основании алгоритма таблица истинности имеет такой вид:
Х |
Y |
0 |
0 |
1 |
1 |
Релейная схема, реализующая функцию «ДА», показана на рис. 11.10, а.
Рис. 11.10 : а) релейная аналогия элемента «ДА»; б) условное изображение элемен-
та
Схема построена на реле КV с замыкающим контактом в цепи лампочки HL.
Исходное состояние: напряжение на катушке реле отсутствует ( Х=0 ), контакт
КV:1 разомкнут, напряжение на лампочке отсутствует ( Y=0 ), лампочка не горит.
Иначе говоря, на входе элемента 0 ( Х=0 ), на выходе 0 ( Y=0 ).
Рабочее состояние: напряжение на катушке реле есть ( Х=1 ), контакт КV:1 замк-
нут, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит.
Иначе говоря, на входе элемента 1 ( Х=1 ), на выходе 1 ( Y=1 ).
Алгоритм элемента: сигнал на выходе всегда противоположен сигналу на входе.
В символах алгебры логики алгоритм записывают так:
Ŷ = X ( читается так: «игрек» не есть «икс» ),
где: Х значение сигнала на входе;
Y - значение сигнала на выходе;
« - « ( черточка сверху ) - знак инверсии.
Инверсия действие в алгебре логики, при выполнении которого функция приобретает противоположное значение, например: 0 = 1, 1 = 0.
На основании алгоритма таблица истинности имеет такой вид:
Х |
Y |
0 |
1 |
1 |
0 |
Релейная схема, реализующая функцию «НЕ», показана на рис. 11.11, а.
Рис. 11.11 : а) релейная аналогия элемента «НЕ»; б) условное изображение элемен-
та
Схема построена на реле КV с размыкающим контактом в цепи лампочки HL.
Исходное состояние: напряжение на катушке реле отсутствует ( Х=0 ), контакт
КV:1 замкнут, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит.
Иначе говоря, на входе элемента 0 ( Х=0 ), на выходе 1 ( Y=1 ).
Рабочее состояние: напряжение на катушке реле есть ( Х=1 ), контакт КV:1 разомкнут, напряжения на лампочке нет ( Y=0 ), лампочка не горит.
Иначе говоря, на входе элемента 1 ( Х=1 ), на выходе 0 ( Y=0 ).
Алгоритм элемента: сигнал на выходе равен1 лишь в одном случае: если все сигналы на входах равны 1; если хотя бы один из сигналов на входе равен 0, сигнал на выходе равен 0.
В символах алгебры логики алгоритм записывают так:
Y = X1*Х2*Х3*…Х= X1^Х2^Х3^…Х,
где: X1, Х2, Х3, …Х - значение сигналов на входах;
Y - значение сигнала на выходе;
^ - символ ( знак ) логического умножения.
На основании алгоритма таблица истинности логического элемента на 3 входа ( как пример ) имеет такой вид:
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Релейная схема, реализующая функцию «И» на 3 входа, показана на рис. 11.12, а.
Рис. 11.12 : а) релейная аналогия элемента «И»; б) условное изображение элемента
Схема построена на 3-х реле КV1, КV2, КV3 с замыкающими контактами в цепи лампочки HL. Контакты реле соединены последовательно.
Исходное состояние:
1. напряжение на катушках всех реле отсутствует ( Х1=Х2=Х3=0 ), контакты этих
реле разомкнуты, напряжение на лампочке отсутствует ( Y=0 ), лампочка не горит
( вторая строка сверху в таблице истинности ).
Рабочее состояние ( рассмотрим 3 характерных ):
1. есть напряжение на катушке реле КV1 ( Х1=1 ), но его нет на катушках реле КV2
и КV3 ( Х2=Х3=0 ). Контакт КV1:1 замкнут, контакты КV2:1 и КV3:1 разомкнуты,
напряжения на лампочке нет ( Y=0 ), лампочка не горит ( третья строка сверху в таблице истинности );
2. есть напряжение на катушках реле КV1 и КV2, ( Х1=Х2=1 ), но его нет на катуш-
ке реле КV3 ( Х3=0 ).. Контакты КV1:1 и КV2:1 замкнуты, контакт КV3:1 разомк-
нут, напряжения на лампочке нет ( Y=0 ), лампочка не горит ( четвёртая строка сверху в таблице истинности );
КV2:1 и КV3:1 замкнуты, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит
( пятая строка сверху в таблице истинности ).
Алгоритм элемента: сигнал на выходе равен1 , если хотя бы на одном из входов есть 1; если на всех входах нули, на выходе также нуль.
В символах алгебры логики алгоритм записывают так:
Y = X1+Х2+Х3+…+Х= X1√Х2√Х3√…√Х,
где: X1, Х2, Х3, …Х - значение сигналов на входах;
Y - значение сигнала на выходе;
√ - символ ( знак ) логического сложения.
На основании алгоритма таблица истинности логического элемента на 3 входа ( как пример ) имеет такой вид:
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Релейная схема, реализующая функцию «ИЛИ» на 3 входа, показана на рис. 11.13, а.
Рис. 11.13 : а) релейная аналогия элемента «ИЛИ»; б) условное изображение эле-
мента
Схема построена на 3-х реле КV1, КV2, КV3 с замыкающими контактами в цепи лампочки HL. Контакты соединены параллельно.
Исходное состояние:
1. напряжение на катушках всех реле отсутствует ( Х1=Х2=Х3=0 ), контакты этих
реле разомкнуты, напряжение на лампочке отсутствует ( Y=0 ), лампочка не горит
( вторая строка сверху в таблице истинности ).
Рабочее состояние ( рассмотрим 3 характерных ):
1. напряжение на катушке реле КV1 есть ( Х1=1 ), но его нет на катушках реле
КV2 и КV3 ( Х2=Х3=0 ). Контакт КV1:1 замкнут, контакты КV2:1 и КV3:1 разомк
нуты, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит ( третья строка сверху в таблице истинности );
тушке реле КV3 ( Х3=0 ).. Контакты КV1:1 и КV2:1 замкнуты, контакт КV3:1 разомкнут, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит ( четвёртая стро
ка сверху в таблице истинности );
КV2:1 и КV3:1 замкнуты, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит ( пятая строка сверху в таблице истинности ).
Алгоритм элемента: сигнал на выходе равен 0, если сигналы на всех входах
равны 1; сигнал на выходе равен 1, если хотя бы один из сигналов на входе равен 0.
В символах алгебры логики алгоритм записывают так:
_______________ _______________
Y = X1*Х2*Х3*…*Х= X1^Х2^Х3^…Х,
где: X1, Х2, Х3, …Х - значение сигналов на входах;
Y - значение сигнала на выходе;
«__________» - знак инверсии.
Инверсия действие в алгебре логики, при выполнении которого функция приобретает противоположное значение, например: 0 = 1, 1 = 0.
На основании алгоритма таблица истинности логического элемента на 3 входа ( как пример ) имеет такой вид:
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Y |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Релейная схема, реализующая функцию «И-НЕ» на 3 входа, показана на рис. 11.14, а.
Рис. 11.14 : а) релейная аналогия элемента «И-НЕ» ; б) условное изображение эле-
мента
Схема построена на 3-х реле КV1, КV2, КV3 с размыкающими контактами в цепи лампочки HL. Контакты соединены параллельно.
Исходное состояние:
1. напряжение на катушках всех реле отсутствует ( Х1=Х2=Х3=0 ), контакты этих
реле замкнуты, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит
( вторая строка сверху в таблице истинности ).
Рабочее состояние ( рассмотрим 3 характерных ):
КV2 и КV3 ( Х2=Х3=0 ). Контакт КV1:1 разомкнут, контакты КV2:1 и КV3:1 замк-
нуты, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит ( третья строка сверху в таблице истинности );
2. есть напряжение на катушках реле КV1 и КV2, ( Х1=Х2=1 ), но его нет на катушке реле КV3 ( Х3=0 ).. Контакты КV1:1 и КV2:1 разомкнуты, контакт КV3:1 замкнут, напряжение на лампочке есть ( Y=1 ), лампочка горит ( четвёртая строка сверху в таблице истинности );
3. есть напряжение на катушках всех реле ( Х1=Х2=Х3=1 ). Контакты КV1:1, КV2:1 и КV3:1 разомкнуты, напряжения на лампочке нет ( Y=0 ), лампочка не горит ( пятая строка сверху в таблице истинности ).
Бесконтактная схема управления электроприводом насоса на логических элементах
На рис. 11.15 изображены две схемы управления электроприводом насоса: на контактных ( рис. 11.15, а ) и бесконтактных ( рис. 11.15, б ) элементах.
Рис. 11.15. Контактная ( а ) и бесконтактная ( б ) схемы пуска электродвигателя насоса
В контактной схеме ( рис. 11.15, а ) для пуска насоса нажимают кнопку SB1 «Пуск»
Контакт кнопки замыкается, и через него образуется цепь тока катушки линейного контак
тора КМ:
средний линейный провод замкнутый контакт кнопки SB2 «Стоп», замкнувшийся при нажатии контакт кнопки SB1 «Пуск» - катушка контактора КМ замкнутый контакт
теплового реле КК правый линейный провод.
Контактор КМ включается и замыкает 4 контакта 3 главных в цепи обмотки стато
ра двигателя М, вследствие чего происходит пуск двигателя в ход, и один вспомогатель-
ный, включенный параллельно кнопке SB1 «Пуск», после чего эту кнопку можно отпу-
стить
Теперь ток катушки КМ будет протекать не через контакт кнопки SB1 «Пуск» ( он разомкнут ), а через вспомогательный контакт КМ ( самоблокирока ).
Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп», ее контакт размыкается, обесточивая катушку КМ. Контактор КМ отключается и все его 4 контакта размыкаются.
Размыкание главных контактов приводит к отключению двигателя от сети, а размыкание вспомогательного нарушает цепь тока катушки КМ во втором месте ( первое разомкну-
тый контакт кнопки SB2 «Стоп».
ёПоэтому, если отпустить кнопку SB2 «Стоп», ее контакт замкнется, но останется разомкнутым вспомогательный контакт КМ, т.е. после замыкания контакта кнопки SB2
двигатель не включится.
При перегрузке двигателя срабатывает тепловое реле КК, которое размыкает свой контакт КК в цепи катушки КМ, контактор КМ отключается, двигатель останавливается.
Тепловые реле на судах, как правило, имеют ручной возврат. Поэтому после отклю
чения двигателя, для его повторного пуска надо сначала открыть крышку магнитного пу-
скателя и нажать кнопку ручного возврата теплового реле. Контакт КК реле в цепи катуш
ки КМ замкнется, после чего можно нажать кнопку SB1 «Пуск».
Время самовозврата контакта теплового реле серии ТРТ не превышает 180 с ( 3 мин ), а необходимый перерыв для ручного возврата 60 с ( 1 мин ).
К основным элементам бесконтактной схемы относятся:
триггер;
После подачи питания на логические элементы на их входах и выходах устанавли-
ваются такие сигналы:
на нижнем входе «0», т.к. в исходном состоянии на выходе DD2 «0» ( контактор КМ
отключен ). Поскольку на обоих входах DD1 нули, на выходе «1», поступающая на верхний вход DD2;
входе «1», т.к. контакт КК замкнут. Поскольку на обоих входах DD1 единицы, на выходе «0», поступающий на нижний вход DD2;
DD3, поэтому на выходе DD3 «0», поступающий: а ) на вход усилителя DA, на выходе DA «0», поэтому контактор КМ отключён; б ) на нижний вход DD1.
Таким образом, в исходном состоянии контактор КМ отключён.
Пуск двигателя
При нажатии кнопки SB1 «Пуск» на верхний вход DD1 поступает «1», на выходе
DD1 «0». Теперь на обоих входах DD2 нули, поэтому на выходе DD1 «1», которая :
а ) через усилитель DA поступает на катушку контактора КМ, последний включает
ся;
б ) поступает на нижний вход DD1.
Таким образом, пока кнопка SB1 не отпущена, на обоих входах DD1 единицы, после чего кнопку SB1 можно отпустить. С этого момента на верхнем входе DD1 «0», но на нижнем сохраняется «1», удерживающая на выходе DD1 нуль.
Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп».
На верхнем входе DD3 «0», на нижнем «1», т.к. контакт КК замкнут. Поэтому
на выходе DD3 - «1», поступающая на нижний вход DD2. На выходе DD2 «0», который поступает:
а ) через усилитель DA на катушку контактора КМ, последний отключается;
б ) на нижний вход DD1.
Поскольку на верхнем входе DD1 также «0» , на выходе DD1 «1». Эта единица
поступает на верхний вход DD2, на нижнем входе «1» с выхода DD3.
Только после появления «1» на верхнем входе DD2 кнопку SB2 «Стоп» можно от-
пустить. На выходе DD3 восстановится «0», , вновь поступающий на нижний вход DD2, но на верхнем входе DD2 «1» с выхода DD1. Поэтому на выходе DD2 «0».
При размыкании контакта КК теплового реле схема работает так же, как при нажа-
тии кнопки SB2 «Стоп».
5. Техническая эксплуатация судовых нагнетателей
Эксплуатация электрооборудования судовых нагнетателей включает: готовность ЭП к действию; техническое обслуживание, обеспечивающее исправное состояние ЭП; ремонт, восстанавливающий до необходимого уровня технико-эксплуатационные харак
теристики ЭП.
Нормы и порядок технической эксплуатации определяются соответствующим сводом правил, различного рода судовыми инструкциями, а также заводскими формуля
рами и паспортными указаниями. Электротехнический персонал обеспечивает техниче-
ское обслуживание только электрических машин и аппаратов. Техническое обслужива-
ние самих вспомогательных механизмов обеспечивает машинная команда.
Наиболее серьезной аварией электрооборудования судовых нагнетателей являет-
ся выход ЭД из строя.
Причинами этого могут быть: механические неисправности механизма и систе
мы (поломка насоса или перекрытие клапанов); снижение сопротивления изоляции обмоток ЭД вследствие попадания внутрь жидкости ( воды, топлива, масла).
При внешнем осмотре проверяют качество контактных соединений и внешний вид элементов, приборов и оборудования, входящих в ЭП. По внешнему виду (потемнев
шие резисторы, вспученные конденсаторы, оплавленные концы) можно своевременно предотвратить неисправность.
Перед пуском полагается осмотреть ЭД снаружи и внутри, чтобы убедиться: нет ли предметов, которые могли бы помешать вращению ротора, нет ли скоплений пыли у входных вентиляционных отверстий. Если ЭП бездействовал длительное время или был в ремонте, то перед пуском его тщательно осматривают, проверяют наличие и целостность щеток, пружин, щеткодержателей, нет ли масла и влаги на обмотках, чи
стоту и шероховатость коллектора и т.д.
Затем, если это возможно, прокручивают якорь (ротор) ЭД вручную на один-два оборота, проверяя, не мешает ли что-нибудь вращению.
Необходимо измерить сопротивление изоляции ЭД вместе с пускорегулировоч
ной аппаратурой и питающими кабелями. Это делают при помощи переносного мегаом
метра.
Согласно Правилам технической эксплуатации сопротивление изоляции должно быть не менее 0,7 МОм при рабочей температуре ЭП. Минимальное допускаемое сопро-
тивление изоляции 0,2 МОм. Если проверка показывает, что сопротивление изоляции ниже 0,2 МОм, то пускать ЭП нельзя - необходимо его высушить.
Кроме проверки ЭД, перед пуском внимательно осматривают пускорегулиро-
вочную аппаратуру - чтобы убедиться в ее исправности и готовности к пуску.
После осмотров и проверок, объем которых зависит от продолжительности пери
ода бездействия ЭП, подают питание на схему управления, включив рубильник или автоматический выключатель на распределительном щите. В большинстве случаев о готовности ЭП к пуску свидетельствует загорание специальной сигнальной лампы, установленной в месте, откуда происходит управление ЭП.
Затем осуществляют пуск ЭП и наблюдают за последовательностью срабатыва
ния реле и контакторов. При этом обращают внимание на четкость срабатывания аппа
ратов и реле, соответствие (примерно) выдержек времени реле требуемым, проверяют блокировки, защиту, сигнализацию и т. п. Если во время пуска замечены необычный шум
чрезмерная вибрация, запах дыма и т.п., то ЭП немедленно останавливают и выяс
няют причины неисправности.
После окончания пуска ЭП продолжительного режима работы необходимо неко
торое время понаблюдать за ними: убедиться, что шум ЭД нормальный, вращение равно
мерное, без рывков, искрения под щетками нет. Кроме того, надо проверить нагрузку ЭП по амперметру - она должна быть не выше номинальной.
При самопроизвольной остановке ЭП (например, из-за срабатывания защиты) повторно пускать ЭД запрещается. Нужно отключить питание, выяснить причину оста
новки, устранить ее и только после этого можно возобновить работу ЭП.
Кроме общих рекомендаций по обслуживанию электрооборудования вспомога-
тельных механизмов существуют частные рекомендации, применимые для конкретных ЭП.
Например, специфическими неисправностями в работе автоматизированных на-
сосов является нарушение регулировки датчиков давления или нарушение нормальной работы-контактов микровыключателей датчиков уровня.
Поэтому, помимо выполнения общих рекомендаций по обслуживанию и провер-
ке правильности работы контактов аппаратуры схемы, необходимо обращать особое внимание на исправность работы микровыключателей поплавкового устройства и соот-
ветствие уставок срабатывания датчиков давления их заданным значениям.
Специфическими неисправностями рефрижераторных установок являются обры-
вы в цепи катушек электромагнитов, оперативных цепей автоматики и сигнализации, а также неисправности контактов датчиков и реле. При эксплуатации системы кондицио
нирования воздуха необходимо регулярно проверять работу датчиков температуры, влажности и давления, а также терморегулятора, сравнивая фактические значения дав-
ления, температуры и влажности при срабатывании датчиков с заданными значениями их уставок.
Обслуживание ЭП компрессоров, кроме выполнения общих требований, сводит
ся к периодическим проверкам срабатывания аппаратуры автоматики при заданных зна
чениях уставок. Специфические неисправности при работе: обрывы в катушках электро
магнитов; нарушения цепей и нормальной работы контактов датчиков давления, температурных реле и электроконтактного манометра и других датчиков.
При тяжелых условиях эксплуатации надежная работа автоматизированных ЭП машинных отделений обеспечивается регулярной проверкой чистоты контактов датчи-
ков, реле и другой аппаратуры. Особое внимание обращают на резервные насосы, ком
прессоры и вентиляторы. Их следует содержать в таком состоянии, которое допускало бы немедленный пуск в условиях эксплуатации.
Автоматизированные вспомогательные механизмы должны быть немедленно отключены: при появлении дыма или огня из ЭД, пускорегулировочной аппаратуры или аппаратуры автоматики; большой вибрации, угрожающей сохранности ЭП; несчастном случае с обслуживающим персоналом; поломке приводного механизма; недопустимом нагреве подшипников; резком снижении или повышении частоты вращения.
При уровнях автоматизации, допускающих безвахтенное обслуживание или вахту с сокращенным машинным персоналом, необходим постоянный контроль за исправным состоянием сигнализации. Надежная работа сигнализации обеспечивает своевременное вмешательство электротехнического персонала в случае аварии ЭП.
Контрольные вопросы
те это давление в МПа.
давление в at
дите ее в с-1.
напор вентилятора, а также мощность исполнительного электродвигателя?
ясните достоинства и недостатки каждого способа регулирования
15. С какой нагрузкой работают судовые вентиляторы? Какие типы электродвигателей используют для их привода?
16. Что такое «воздуходувка»? На каких судах и с какой целью она применяется? Как в ней регулируется подача воздуха?
17. Какие типы электродвигателей применяют для привода воздуходувок? Почему?
18. Какие типы электродвигателей применяют для привода поршневых компрессоров? Почему?
19. От чего зависит режим работы судовых вспомогательных механизмов?
20. Каковы особенности работы судовых насосов, вентиляторов и компрессоров?
21. Каковы особенности схем управления электроприводов судовых насосов, вентиляторов и компрессоров?
22. Какие электроприводы, по Правилам Регистра, должны иметь дистанционное отключе-
ние? Почему? В каких местах судна должны располагаться такие посты?
23. Какие электроприводы, по Правилам Регистра, должны иметь дистанционное включе-
ние? Почему?В каких местах судна должны располагаться такие посты?
24. Чем определяется класс автоматизации судна? В чем отличие объема автоматизации
судов с классом автоматизации А1, А2 и А3?
25. Какие системы управления применяют для неавтоматизированных и автоматизирован-
ных судовых нагнетателей? На какой элементной базе они построены?
щитные устройства используются в этой схеме?
ройства используются в этой схеме?
жиме. Какие защитные устройства используются в этой схеме? В чем состоит нарушение правил технической эксплуатации компрессоров в данной схеме?
маневров. Какие защитные устройства используются в этой схеме? В чем состоит нарушение правил технической эксплуатации компрессоров в данной схеме?
низмов
рудования, нормы сопротивления изоляции судового электрооборудования?
моток менее 0,2 МОм? Как надо поступить в этом случае?
ях допускается немедленное отключение ЭП?
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫХ УСТРОЙСТВЕ
1. Назначение якорно-швартовных устройств
Якорно-швартовные устройства представляют собой элементы судового оборудова
ния, посредством которых обеспечивается стоянка судна у причала или в заданной части акватории.
Якорно-швартовные устройства предназначены для выполнения следующих опера
ций:
.1. посредством электропривода;
.2. свободным травлением;
.3. свободным травлением с подтормаживанием тормозом цепной звёздочки;
Якорные устройства располагаются в носовой части судна, швартовные - в носовой и кормовой. При большом водоизмещении устанавливают дополнительные швартовные механизмы вдоль длины судна.
2. Классификация якорно-швартовных устройств
В зависимости от назначения и расположения тягового органа различают такие виды якорно-швартовных устройств:
1. брашпили;
2. якорно-швартовные лебедки;
3. шпили;
4. швартовные лебедки.
3. Рабочий механизм якорно-швартовных устройств
В соответствии с Правилами Регистра, каждое судно должно иметь якорное устрой
ство, рабочий механизм которого состоит из 4-х узлов:
В качестве редукторов применяются двух-трехступенчатые цилиндрические или червячные редукторы с передаточным отношением i = 180…250 при значении КПД = 0,75…0,85.
В качестве тормозных устройств применяют дисковые фрикционные тормоза, пристроенные непосредственно к электродвигателю, и ленточные тормоза, охватывающие тормозной шкив каждого основного ( якорного ) барабана.
Основной ( якорный ) барабан предназначен для перемещения якоря, вспомога-
тельный ( швартовный ) для перемещения швартовных канатов.
Муфты переключения предназначены для обеспечения механической связи между
якорными барабанами и остальной частью электропривода ЯШУ.
Если муфта выключена ( находится в положении «Разобщено» ), то якорные бараба
ны и привод брашпиля разобщены, Поэтому при включении электродвигателя ЯШУ вра-
щаются только швартовные барабаны.
Во включенном состоянии муфты якорные барабаны механически сообщаются с приводом брашпиля, поэтому при включении электродвигателя швартовные и якорные барабаны вращаются одновременно.
В качестве муфт переключения используются кулачковые с ручным переключени-
ем ( см. ниже ).
Основной ( якорный ) барабан предназначен для перемещения якорей, вспомога-
тельный ( швартовный ) для перемещения швартовных канатов.
4. Устройство ЯШУ
4.1. Брашпили
Брашпили имеют горизонтальное расположение рабочей оси и располагаются пол-
ностью на палубе полубака.
Брашпиль состоит из двигателя, редуктора и размешенных на грузовом валу цеп-
ных звездочек и швартовных турачек ( рис. 12.1 ). Звездочки сидят на валу свободно, могут соединяться с ним посредством специальных кулачковых муфт.
Турачки имеют жесткую связь с грузовым валом. Каждая звездочка имеет ленточ-
ный тормоз с винтовым приводом.
Брашпиль обеспечивает раздельную работу звездочек левого и правого борта. Отдача якоря производится под действием его собственной массы. Скорость регу
лируется ленточным тормозом.
Современные брашпили имеют гидравлические устройства дистанционного управ
ления ленточным стопором, что позволяет отдавать якорь непосредственно из рулевой рубки. При этом сохраняется контроль за длиной вытравленной цепи.
Выбирание якоря производится электроприводом с местного поста управления. Возможен одновременный подъем двух якорей с половинной глубины залегания якорей
( для судов водоизмещением до 10 000 т эта половинная глубина равна 100 м ).
Рис. 12.1. Общий вид якорно-швартовного брашпиля:
1 - электродвигатель; 2 - привод тормоза звездочки; 3 - привод кулачковой муфты; 4 - редуктор; 5 фундаментная рама; 6 - турачки; 7 подшипниковые щиты грузового вала; 8 цепные звездочки
На крупнотоннажных судах применяются якорные механизмы с одной цепной зве-
здочкой на горизонтальном рабочем валу. Их называют полубрашпилями. Каждый полу-
брашпиль имеет свой электропривод, что значительно упрощает технологию съемки с двух якорей и облегчает режим работы двигателя.
4.2. Якорно-швартовные лебедки
Якорно-швартовные лебедки представляют собой комбинированный механизм с общим электроприводом, избирательно работающим или на якорную звездочку, или на швартовный барабан ( рис. 12.2 )..
В некоторых случаях, учитывая технологию комплектации, такие устройства назы-
вают швартовными лебедками с якорной приставкой.
Лебедка имеет устройство измерения натяжения и может работать при удержании судна на швартовах в автоматическом режиме.
Рис. 12.2. Автоматическая швартовная лебедка с якорной приставкой:
1 - редуктор лебедки; 2 - грузовой барабан; 3 - ленточный тормоз; 4 редуктор
привода якорной звездочки; 5 - якорная звездочка; 6 - ленточный тормоз звездо
чки; 7 - швартовный турачек; 8 - привод расцепления якорной звездочки; 9 - элек
тродвигатель; 10 - переключатель редуктора для работы на барабан или турачек;
11- командо-аппарат измерителя натяжения; 12 - муфта ускоренного хода; 13 - аппарат контроля предельной длины вытравленного каната
4.3. Шпили
Шпили имеют вертикальное расположение грузовой оси ( рис. 12.3 ). Основная часть редуктора и электропривод располагаются под палубой, что обеспечивает лучшую защищенность оборудования и удобство обслуживания.
Шпили выполняются или якорно-швартовными, имеющими якорную звездочку и швартовный барабан, или чисто швартовными. В механизме наиболее употребителен червячный редуктор.
Рис. 12.3. Якорно-швартовный шпиль:
1 скоба-отбойник; 2 кулачковая муфта; 3 турачек; 4 пустотелый вал; 5
- маховик включения звездочки; 6 зубчатая муфта; 7 палубный стакан; 8
- цепная звездочка; 9 ленточный тормоз; 10 кнопка управления ленточным тормозом; 11 маховик; 12 электродвигатель; 13 червячная передача
4.4. Швартовные лебедки
Швартовные лебедки предназначены в основном для швартовных операций. Ба-
рабан лебедки одновременно обеспечивает хранение швартовного каната. Электропривод лебедки может работать в режиме ручного, дистанционного или автоматического управления.
5. Количественные характеристики ЯШУ
Число якорей зависит от водоизмещения судна и составляет 2..3. При этом на судах
неограниченного района плавания якорей 3, один из которых запасной.
Масса якорей зависит от водоизмещения судна : на судах водоизмещением 250…
…400 Т масса одного якоря составляет 300 кг, водоизмещением 70 000…100 000 Т
11 000 кг.
Суммарная длина обеих якорных цепей зависит от водоизмещения судна и состав
ляет 110…770 м; например, для судна водоизмещением 2 000 т суммарная длина составля
ет 412,5 м, для судна с водоизмещением 20 000 т - 550 м;
Якорная цепь состоит из отдельных смычек длиной 25….27,5 м каждая. Смычкой
называется участок якорной цепи, состоящий из последовательно соединенных звеньев.
В пределах каждой смычки звенья выполнены неразъемными.
6. Виды управления ЯШУ
На транспортных судах, занятых перевозкой грузов, применяются якорно-швартов
ные устройства при сравнительно ограниченном уровне автоматизации.
Основным является ручное местное или дистанционное управление. Вместе с тем все чаще используются системы автоматического регулирования натяжения швартовных канатов, дистанционная отдача якоря.
В современном судостроении фирмы-поставщики оборудования имеют нормализо-
ванные ряды полностью укомплектованных якорно-швартовных механизмов, удовлетво-
ряющих условиям эксплуатации на судах и требованиям классификационных обществ.
7. Особенности работы электроприводов ЯШУ
Основными особенностями работы электроприводов ЯШУ являются:
вым усилием на цепной звёздочке;
лия;
для якорных механизмов и 15 с для швартовных механизмов;
но” в течение 30 мин ).
8. Нагрузочные диаграммы электропривода якорно-швартовных устройств
Нагрузочная диаграмма электропривода брашпиля это зависимость момента на валу электродвигателя от времени ( рис. 12.4 ).
Рассмотрим нагрузочные диаграммы электропривода брашпиля при подъеме 1-го якоря с полной расчётной глубины стоянки ( рис. 12.5,а ) и 2-х якорей с половинной рас-
чётной глубины ( рис. 12.5, б ).
8.1. Режим подъёма одного якоря.
При стоянке судна на якоре один конец якорной цепи с якорем лежит на грунте, а
второй проходит через клюз и якорную звёздочку в цепной ящик.
Провисающая в воде часть цепи “а” находится под действием внешних сил, дейст-
вующих на судно: силы ветра Fи силы течения воды Fт. Чем больше эти силы, тем силь
нее натянута якорная цепь.
Увеличение натяжения цепи вызывает подъём части цепи с грунта, при этом увели
чивается длина её провисающей части.
Процесс снятия судна с якоря делится на 4 стадии ( рис. 12.4 ).
Рис.12.4. Процесс снятия судна с якоря
В стадии 1 брашпиль выбирает цепь, втягивая её звенья в клюз. При этом судно
под действием усилия в цепи, созданного работой электродвигателя брашпиля, движется с небольшой скоростью к месту залегания якоря.
Количество звеньев, втягиваемых в клюз, равно количеству звеньев, поднятых с
грунта, поэтому форма провисающей части цепи «б» не изменяется. Значит, сила натяже-
ния цепи у входа в клюз и момент М на валу электродвигателя на этой стадии не изменя-
ются ( рис. 12.5, а ).
Стадия 1 заканчивается, когда с грунта будет поднято последнее свободно лежащее
звено цепи. На этой стадии скорость выбирания якоря увеличивается, как правило, от 9 до 12 м / мин.
Рис. 12.5. Нагрузочные диаграммы электропривода брашпиля при подъеме одного ( а ) и двух ( б ) якорей
В течение стадии 2 брашпиль продолжает втягивать цепь в клюз, а судно продол-
жает двигаться практически с неизменной скоростью вследствие приобретённой инерции.
Натяжение цепи увеличивается и её форма в конце стадии провисающей части це
пи «в» приближается к прямой.
В конце стадии 2 двигатель может остановиться, если момент на валу электродвига
теля недостаточен для отрыва якоря от грунта. Двигатель при этом переходит в режим стоянки под током, длительность которого ограничена Правилами Регистра до 30 с.
На этой стадии момент на валу электродвигателя М увеличивался от значения
М до значения М.
На стадии 3 двигатель выбирает слабину цепи, образующуюся вследствие движе-
ния судна по инерции. Значение момента на валу электродвигателя практически не изменя
ется, т.е. равно М.
В конце стадии 3 судно проходит над местом залегания якоря и отрывает его от
грунта. В результате момент электродвигателя скачкообразно уменьшается от значения М до значения М.
На стадии 4 двигатель выбирает свободно висящую цепь, длина которой, находяща
яся в воде, непрерывно уменьшается. Момент на валу электродвигателя постепенно умень
шается от значения Мдо значения М, при котором цепь полностью втянута в клюз.
Двигатель при этом надо отключить от сети.
На этой стадии скорость выбирания якоря уменьшается, как правило, от 12 м/мин
до 3 м/мин.
8.2. Режим подъёма 2-х якорей
В этом режиме якоря предварительно оторваны от грунта, а длина цепи в воде рав-
на половине расчётной глубины стоянки.
Начальный момент на валу электродвигателя, обусловленный суммарным весом
якоря и цепи, составляет М( рис. 12.5, б ).
После включения электродвигателя происходит плавный подъём якоря, момент
электродвигателя уменьшается от значения М до значения М.
8.3. Швартовный режим
В этом режиме усилие на тросе может изменяться от нуля ( слабина троса ) до номи
нального значения.
Кроме того, при рывках тяговое усилие в тросе может достигать значений, когда
происходит остановка механизма. Однако продолжительность перегрузки обычно не пре
вышает 4…7 с.
Работа в швартовном режиме контролируется членами экипажа, и скорость на бара
бане может изменяться в пределах 7,2…18 м/мин.
9. Характеристики якорного и швартовного снабжения судов
9.1. Характеристика якорного снабжения судов
Характеристика якорного снабжения
N = Δ+ 2ВН + 0,1 А,
где: Δ водоизмещение судна, Т;
В ширина судна, м;
Н - условная высота от ватерлинии до верхней кромки настила палубы у
борта самой высокой рубки, имеющей ширину не менее 0,25В, м;
А площадь парусности в пределах длины судна по ватерлинии без учёта
парусности мачт, стрел, ограждения, м.
2. Масса якоря Холла для судов неограниченного района плавания ( кг )
Q = 3 N.
L = 87 (N)
4. Калибр цепей для становых якорей ( мм ) находят по формуле
d = R N,
где: R коэффициент, равный для цепей обычной прочности 1,75, повышенной
прочности 1,55, особой прочности 1,35.
9.2. Характеристика швартовного снабжения судов
Под характеристикой швартовного снабжения судов понимают совокупность та-
ких параметров швартовных канатов: количества, длины и диаметра. При этом количест-
во и длина определяются Правилами Регистра, а диаметр рассчитывается по формуле ( см. ниже).
Рассмотрим эти параметры.
2. Длина швартовных канатов также зависит от от основной характеристики снабжения N и составляет 130…200 м каждый ( Приложение 1 );
3. Диаметры канатов определяют исходя из нормированного разрывного усилия
F≥ а( N- в),
причём коэффициенты аи в имеют следующие значения:
Таблица 1.
Значения коэффициентов аи в
N, Т |
а |
в |
До 1000 |
500 |
0 |
1000...5000 |
630 |
375 |
Свыше 5000 |
825 |
2300 |
Однако максимальное значение разрывного усилия каната не следует выбирать бо-
лее 50 000 даН.
10. Требования Правил Регистра к якорным и швартовным электроприводам
F= 11 ( рh + Q ),
где: р масса одного метра цепи, кг;
h глубина стоянки на якоре, м;
Q - масса одного якоря, кг.
2. Указанную мощность электродвигатель якорного механизма должен разви
вать в течение 30 мин непрерывной работы с последующей стоянкой под током в течение 30 с;
3. Скорость выбирания якорной цепи при номинальном тяговом усилии на звёздоч
ке F должна быть не менее 0,17 м/с ( 10,2 м/мин );
4. Пусковой момент электродвигателя должен обеспечить двойное значение номи-
нального тягового усилия на звёздочке 2 F;
нальное тяговое усилие в 4 раза, между электродвигателем и механизмом должна устана
вливаться предохранительная фрикционная муфта;
низма при тяговом усилии на звёздочке не менее 1,3 F;
менное выбирание двух свободно висящих якорей с половины номинальной глубины стоянки;
8. при подходе якоря к клюзу электропривод должен развивать скорость не более 0,17 м/с ( 10,2 м/мин ); предпочтительной является скорость 0,12 м/с ( 7,2 м/мин );
9. на ступенях скоростей, предназначенных только для швартовных операций, должна быть предусмотрена защита от перегрузки, при срабатывании которой электро
двигатель переходит на ступень, предназначенную для подъёма якоря;
10. привод якорного устройства должен обеспечивать непрерывную работу с номи-
нальным тяговым усилием в течение 30 мин, а затем, без перерыва, стоянку под током в заторможенном состоянии в течение 30 с для якорных механизмов и 15 с для швартовных механизмов;
11. при этом допускается превышение температуры на 30% по отношению к пре
дельной температуре обмоток, определённых классом изоляции обмоток ( электрические машины морского исполнения выпускают с изоляцией обмоток классов В - 130°С, F - 155°С и Н - 180°С );
ли постоянного тока должны развивать момент стоянки не менее двойного номинального момента;
диться непосредственно от ГРЩ.
11. Системы управления ЯШУ
11.1. Рекомендации по выбору систем электроприводов якорно-швартовных устройств
Процесс съёмки с якоря включает в себя:
подготовкой механизма;
Несмотря на многочисленные попытки автоматизировать весь процесс работы
якорно-швартовных устройств, многие операции остаются ручными и не поддаются авто-
матизации.
В настоящее время автоматизирована отдача якоря при помощи управления ленточ
ным тормозом с мостика ( рубки ). Длина вытравленной якорь-цепи контролируется при помощи счётчика в 2-х местах- на мостике и непосредственно у привода якорно-швартов
ного устройства на полубаке.
Процесс выбирания цепи также может быть автоматизирован, однако перед вводом
якоря в клюз рекомендуется перейти на местное управление для визуального контроля за движением цепи и якоря.
Швартовные операции в силу специфики должны находиться под непрерывным
визуальным контролем ( кроме операций по контролю натяжения троса, который может быть автоматизирован при помощи автоматических швартовных лебёдок АШЛ ).
Для всех типов шпилей и брашпилей морского и речного флота в пределах калиб
ров цепей 100 мм ( водоизмещение судов до 100 000 Т включительно ) целесообразно при
менение асинхронных короткозамкнутых полюсопереключаемых электродвигателей серии МАП с 2-мя и 3-мя обмотками на статоре. Степень защиты IP56.
Системы генератор двигатель применяют в случае, если мощность электроприво-
да более 20% мощности судовой электростанции.
11.2. Система управления ЯШУ с 3-скоростным асинхронным двигателем
Схема предназначена для управления электроприводом якорно-швартовного устройства с 3-скоростным асинхронным двигателем.
Основные сведения.
Якорно-швартовные устройства предназначены для перемещения якоря и швартов-
ных канатов.
Число скоростей ЯШУ 3 или 6. Для получения 3-х скоростей применяют асин-
хронный двигатель с короткозамкнутым ротором, 6-ти скоростей асинхронный двига-
тель с фазным ротором.
В данной схеме применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
и тремя обмотками на статоре. Способ регулирования скорости изменением числа пар полюсов. Мощность электродвигателя 20...25 кВт.
При подъёме ( спуске ) якоря используются только 1-я и 2-я скорости, при швартов
ных операциях все 3.
Контроллерная схема управления 3-скоростным якорно-швартовным электроприво
дом изображена на рис. 12.6.
Рис. 12.6. Контроллерная схема управления 3-скоростным якорно-швартовным электроприводом
Основные элементы схемы
К основным элементам схемы относятся ( рис. 12.6 ):
Особенность силовой части схемы состоит в том, что обмотки 1-й и 2-й скорости соединены последовательно, но при работе включаются поочерёдно. Такое соединение обеспечивает безобрывное переключение этих обмоток и защиту контактов Q10, Q11 и Q12 от обгорания.
Таблица переключения контактов контроллера в нижнем правом углу рис. 1.
Как видно из таблицы, контроллер имеет 3 фиксированных положения в каждую
сторону ( «травить» и «выбирать» ).
В промежуточном состоянии между положениями 2 и 3 рукоятка контроллера не фиксируется.
Контроллер имеет 10 главных контактов - Q3…Q12 и 2 вспомогательных - S1 и S2.
Для подготовки схемы к работе включают автоматический выключатель QF.
При этом получает питание первичная обмотка трансформатора, Напряжение вторичной обмотки выпрямляется диодами VD1, VD2. образуется цепь тока катушки минимального расцепителя автомата:
плюс - катушка QF размыкающие контакты тепловых реле F4-F1 минус ( на средней точке вторичной обмотки трансформатора ).
Схема готова к работе.
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении «Выбирать».
При переводе рукоятки контроллера в положение «1» замыкаются контакты Q3,
При замыкании контактов Q10, Q11 и Q12 шунтируется обмотка 2-й скорости ML2,
Q3, Q5 и Q7 подаётся питание на катушку электромагнитного тормоза YB и обмотку 1-й скорости ML1. Обмотка ML1 соединена «звездой».
Двигатель растормаживается и работает на первой скорости.
При переводе рукоятки контроллера в положение «2» размыкаются контакты Q10,
Q11 и Q12 ( снимается шунтирование обмотки ML2 ) и замыкаются Q8 и Q9, соединяю-
щие нижние выводы обмотки ML2 в общую точку. В результате обмотка ML2 соединяет-
ся в «звезду».
Двигатель переходит на 2-ю скорость.
При переводе рукоятки в 3-е положение в промежуточном положении замкнутся вспомогательные контакты S1 и S2.
Через эти контакты образуется цепь тока последовательно соединённых катушек
КМ1 и КМ2 контакторов 3-й скорости:
плюс - S1 - S2 F5 RV1 RM2 F4 F3 F2 - F1 минус ( на средней точке
вторичной обмотки трансформатора ).
Контакторы КМ1 и КМ2 размыкают контакты в цепи обмоток 1-й и 2-й скоростей и замыкают контакты в цепи обмотки 3 -й скорости.
Одновременно замыкается вспомогательный контакт КМ1 и шунтирует контакт S1
контроллера.
Двигатель переходит на 3-ю скорость.
При переводе рукоятки контроллера в 3-е фиксированное положение контакт S1
размыкается, но цепь катушек контакторов КМ1 и КМ2 сохраняется через вспомогатель-
ный контакт КМ1.
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
При коротком замыкании в обмотке статора отключается автомат QF. Двигатель отключается от сети и затормаживается.
При коротком замыкании в цепи катушки QF или контакторов КМ1, КМ2 сгорает предохранитель в цепи первичной обмотки трансформатора. При этом теряет питание катушка QF, отключается автомат QF. Двигатель отключается от сети и затормаживается.
.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки обмотки 1-й скорости служит тепловое реле F1, обмотки 2-й скорости реле F2, F3, обмотки 3-й скорости реле F4, F5.
Токи срабатывания ( уставки ) реле F4 и F5 разные, у реле F5 меньше, у реле F4 больше.
При перегрузке 3-й скорости быстрее ( при меньшем токе перегрузки ) срабатыва
ет реле F5, оно размыкает свой контакт в цепи катушек контакторов 3-й скорости КМ1, КМ2.
Контакторы отключаются, размыкают свои контакты в цепи обмотки 3-й скорости
ML3 и замыкают в цепи обмотки 2-й скорости ML2. Одновременно размыкается вспомога
тельный контакт КМ1 ( параллельно контакту S1 ).
Двигатель переходит с 3-й скорости на вторую.
После отключения обмотки ML3 нагревательный элемент F5 остывает и контакт F5
повторно замыкается. Однако контакторы КМ1 и КМ2 самопроизвольно включиться не смогут, т.к. разомкнут вспомогательный контакт КМ1.
Для возврата на 3-ю скорость надо сначала замкнуть контакт S1, а для этого рукоятку контроллера перевести из 3-го положения в промежуточное ( см. таблицу ).
При перегрузке обмоток 2-й или 1-й скорости размыкаются контакты F2 или F3
( 2-скорость )или F1 ( 1-я скорость ). Катушка QF обесточивается, автомат QF отключает
ся.
При необходимости, нажатием кнопки S3 шунтируют контакты F1…F4, тем са-
мым оставляя без защиты от перегрузки обмотки 1-й и 2-й скорости. Такая необходимость может возникнуть, если надо быстро сняться с якоря, а тепловые реле F1…F4 постоянно срабатывают.
В этом случае надо доложить о срабатывании защиты на мостик и только после по-
лучения команды с мостика нажать кнопку S3.
Защита по снижению напряжения ( минимальная и нулевая )
Минимальная защита
После восстановления напряжения автомат надо включить повторно и продолжить работу.
После восстановления напряжения автомат надо включить повторно и продолжить работу.
Таким образом, минимальная и нулевая защиты предотвращают самопроизвольное повторное включение двигателя после провала напряжения ( минимальная защита ) или его исчезновении ( нулевая защита ).
Такое самопроизвольное включение может привести к аварии.
ются поочерёдно. Такое соединение обеспечивает безобрывное переключение этих обмоток и защиту контактов Q10, Q11 и Q12 от обгорания;
опасно при обслуживании;
КМ2, что упрощает и удешевляет её.
11.3. Система управления электроприводом брашпиля по системе генератор-двигатель
Основные сведения
Системой генератор-двигатель ( Г-Д ) называют систему, в которой исполнитель-
ный двигатель, приводящий в движение механизм, питается от отдельного генератора, а не от судовой сети.
Сам генератор приводится в движение дизелем ( на электроходах ) или асинхрон-
ным электродвигателем ПД ( в данной схеме ).
Система Г-Д имеет низкий коэффициент полезного действия 30 - 40%, что объяс-
няется трёхкратным преобразование энергии. В данной схеме такое преобразование проис
ходит:
емая от генератора Г, преобразуется в механическую на их валах.
Однако система Г-Д позволяет плавно и в широких пределах регулировать скорость
исполнительного двигателя, чего нельзя достигнуть иными способами регулирования скорости. Поэтому она до сих пор широко применяется на судах.
В этой системе обмотки якорей генератора Г и исполнительных двигателей 1ИД и 2ИД соединены последовательно ( они обтекаются одинаковым током ), что позволило создать простую и эффективную защиту от токов перегрузки при помощи последователь
ной противокомпаундной обмотки ( ПКО ) генератора ( см. ниже ).
К основным элементам схемы относятся ( рис. 12.7 ):
Рис. 12.7. Схема электропривода брашпиля по системе Г Д
Приводной двигатель ( ПД ) предназначен для вращения якорей генератора Г и возбудителя В.
Ротор ПД и якоря генератора и возбудителя сидят на одном валу. Скорость ПД 1500 об / мин, значит, скорость якорей генератора и возбудителя такая же.
Генератор Г на главных полюсах имеет три обмотки возбуждения:
Магнитные потоки параллельной и независимой обмоток направлены согласно и
намагничивают генератор. Последовательная обмотка включена так, что её магнитный
поток направлен встречно магнитным потокам параллельной и независимой обмоток, т.е.
эта обмотка размагничивает генератор.
Таким образом, результирующий магнитный поток генератора
Ф= Ф + Ф - Ф .
Рис. 12.8. Внешняя характеристика генератора с ПКО ( а ) и механическая характе
ристика исполнительного двигателя в системе Г-Д ( б )
Встречное включение ПКО позволяет получить крутопадающие характеристики
генератора и обоих двигателей и тем самым ограничить ток стоянки двигателей до допу-
стимых значений I≤ 2,5 I( см. рис. 12.8, а, а также ниже «Защита от токов перегруз
ки» ).
Последовательно с параллельной обмоткой ОГ включено установочное сопротив-
ление СУ. Это сопротивление регулируется только при настройке. Оно предназначено для того, чтобы исключить самовозбуждение генератора Г при нулевом положении штурвала.
Такое самовозбуждение может вызвать аварию, т.к. при самовозбуждении появляет
ся напряжение на зажимах генератора и приводные двигатели 1ИД и 2ИД начинают вра-
щаться ( хотя рукоятка командоконтроллера находится в положении «0» )..
Возбудитель В имеет на главных полюсах последовательную ПОВ и параллельную
ОВВ обмотки возбуждения. Магнитные потоки обмоток направлены согласно, что обеспе-
чивает стабильное напряжение на зажимах В без применения автоматического регулятора напряжения.
Возбудитель служит для питания независимых обмоток возбуждения 1НОИД и
2НОИД обоих двигателей, независимой обмотки возбуждения генератора НОГ и двух катушек 1ТМ, 2ТМ электромагнитных тормозов обоих двигателей.
Каждый из двигателей 1ИД и 2ИД имеет на главных полюсах независимые обмот-
ки возбуждения 1НОИД и 2НОИД.
Последовательно с обмотками включены экономические сопротивления 1СЭ и 2СЭ, уменьшающие нагрев этих обмоток в нерабочем состоянии брашпиля.
Параллельно обмоткам включены разрядные резисторы 1СР и 2СР, защищающие обмотки от перенапряжений при размыкании контактов 1П-4, 1П-5 и 2П-4, 2П-5.
Кроме того, последовательно с обмотками 1НОИД и 2НОИД включены токовые
катушки 1РОП, а параллельно этим обмоткам катушки напряжения 1РОП и 2РОП реле обрыва поля. Магнитные потоки обеих катушек направлены согласно. Назначение РОП объясняется ниже ( см. «Защита от обрыва поля» ).
Способ регулирования скорости обоих двигателей 1ИД, 2ИД изменением напря-
жения на каждом якоре. Для такого регулирования служит регулировочный резистор Р0-
Р7 в цепи независимой обмотки генератора НОГ.
Этот резистор имеет 7 ступеней:
Ступени Р0-Р1 и Р6-Р7 регулируются только при настройке, остальные ступени вы-
водятся ( вводятся ) замыканием ( размыканием ) контактов КК16…КК20 командоконтрол
лера КК.
Таблица переключений контактов КК показана в нижней левой части рис. 1. Из таб
лицы следует, что рукоятка командоконтроллера имеет 13 положений: нерабочее положе
ние «0» и по 6 рабочих положений в направлениях «Выбирать» и «Травить».
Схема управления предусматривает 3 режима работы электропривода брашпиля:
Второй и третий режим применяют при выходе из действия любого двигателя, что
повышает живучесть электропривода.
Для получения необходимого режима работы служат 7-полюсные переключатели
1П и 2П. Каждый переключатель имеет 2 положения:
На схеме контакты обоих переключателей находятся в положении, соответствую-
щем основному режиму работы, т.е. в работе оба двигателя.
Подготовка схемы к работе
Основной режим работы
Для подготовки схемы к работе электромеханик должен выполнить следующие действия:
тумбе командоконтроллера;
переключателя должны находиться в положении «Двигатель в работе»;
установить её в положение «0». В этом положении замкнут контакт КК22;
При этом образуется цепь катушки линейного ( промежуточного ) реле ЛР:
левый вывод вторичной обмотки трансформатора Тр левый предохранитель ВЦУ 1ТР КнС КнС КнП КК22 катушка ЛР 2ТР ВЦУ - правый предохранитель правый вывод вторичной обмотки трансформатора Тр .
Реле ЛР включается и замыкает 2 контакта: верхний, шунтирующий кнопку КнП
( её можно отпустить ) и нижний, через который включается линейный контактор Л.
Линейный контактор включается, замыкает три главных контакта, подключая при-
водной двигатель ПД к судовой сети, и вспомогательный в цепи катушки контактора воз-
буждения КВ.
При этом происходит пуск ПД, начинают вращаться якоря генератора Г и возбуди-
теля В.
Генератор Г не возбуждается, т.к. в цепи его параллельной обмотки включёно уста
новочное сопротивление СУ. Сопротивление ( в омах ) СУ при настройке отрегулировано так, чтобы суммарное сопротивление его и обмотки ОГ было больше т.н. «критического»,
при котором генератор не самовозбуждается.
Возбудитель В самовозбуждается за счёт параллельной обмотки ОВВ до напряже-
ния 220 В. Если напряжение возбудителя отличается от 220 В, его можно подрегулировать при помощи реостата возбуждения РВ.
От возбудителя питаются такие цепи:
«плюс» на левой щётке В предохранитель 10 А - предохранитель 0,5 А ЛС предохра-
нитель 0,5 А - предохранитель 10 А параллельно включённые контакты 1П-3, 2П-3 пере
ключателей режима двигателей 1ИД, 2ИД - «минус» на правой щётке. Надо обратить внимание на то, что цепь лампочки защищена предохранителями 0,5 А. Это сделано для того, чтобы при коротком замыкании внутри лампочки перегорали именно эти предохра
нители. Если бы их не было, то при коротком замыкании внутри лампочки перегорали бы предохранители 10 А, что привело бы к остановке брашпиля;
«плюс» на левой щётке В предохранитель 10 А 1П4 1СЭ 1НОИД токовая катушка 1РОП 1П5 - предохранитель 10 А параллельно включённые контакты 1П-3, 2П-3 пере
ключателей режима двигателей 1ИД, 2ИД - «минус» на правой щётке. Ток в этой обмотке ограничен до 80% за счёт экономического резистора 1СЭ, но двигатель уже возбуждён на
80%;
«плюс» на левой щётке В предохранитель 10 А 1П4 катушка напряжения 1РОП 1П5 - предохранитель 10 А параллельно включённые контакты 1П-3, 2П-3 переключате
лей режима двигателей 1ИД, 2ИД - «минус» на правой щётке;
Оба реле 1РОП и 2РОП включаются и замыкают последовательно соединённые кон
такты в цепи катушки контактора возбуждения КВ.
Контактор КВ включается и замыкает контакт КВ.
Схема готова к работе.
Работа схемы
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении «Выбирать».
При переводе рукоятки командоконтроллера из положения «0» в положение «1» размыкается контакт КК22 и замыкаются контакты КК1, КК3, КК5, КК9 и КК13.
Размыкание контакта КК22 не приводит к отключению линейного реле ЛР, потому что его катушка продолжает питаться через контакт ЛР ( параллельно кнопке КнП ).
При замыкании контакта КК1 включаются катушки 1ТМ и 2ТМ электромагнитных
тормозов обоих двигателей, двигатели 1ИД и 2ИД растормаживаются.
При замыкании контактов КК3 и КК5 шунтируются экономические сопротивления 1СЭ и 2 СЭ, в результате магнитный поток обоих двигателей увеличивается от 80% до 100%.
При замыкании контактов КК9 и КК13 образуется цепь тока обмотки возбуждения генератора Г:
плюс» на левой щётке В предохранитель 10 А КК9 НОГ ( параллельно разрядный резистор 4СР ) Р0-Р6 1П6 2П6 - предохранитель 10 А параллельно включённые контакты 1П-3, 2П-3 переключателей режима двигателей 1ИД, 2ИД - «минус» на правой щётке.
Ток возбуждения генератора ограничен резисторами Р0-Р6. На зажимах генератора Г появляется напряжение 40 В, исполнительные двигатели 1ИД и 2ИД начинают вращать-
ся с малой скоростью.
При переводе рукоятки командоконтроллера из положения «1» в положение «2»
Замыкается контакт КК16, шунтирующий ступень Р1-Р2. Ток возбуждения генератора, а значит, скорость исполнительных двигателей 1ИД и 2ИД также увеличивается.
При дальнейшем переводе рукоятки командоконтроллера из положения «2» в после
дующие «3», «4», «5» и «6» последовательно замыкаются контакты КК17, КК18, КК19 и КК20. Ток возбуждения генератора и скорость исполнительных двигателей увеличивают
ся.
В положении «6» напряжение генератора 220 В, двигатели развивают максималь
ную скорость. Напряжение на якоре каждого двигателя 110 В.
Реверс электропривода
Для реверса электропривода рукоятку переводят в положение «Травить». При этом замыкаются контакты КК7 и КК11, что приводит к изменению направления тока в обмот-
ке НОГ генератора.
Полярность напряжения генератора, а значит, направление тока в обмотках якорей
генератора и обоих исполнительных двигателей 1ИД и 2ИД изменяются на обратное, дви-
гатели 1ИД и 2ИД реверсируют.
В остальном схема работает так же, как в направлении «Выбирать».
Работа схемы с одним исполнительным двигателем
Подготовка схемы к работе
Предположим, что надо исключить из работы исполнительный двигатель 1ИД.
Для этого переключатель 1П переводят из положения «двигатель в работе» в поло-
жение «двигатель не работает».
Контакты 1П-1…1П-7 переключаются следующим образом:
якоря 1ИД исключается из цепи главного тока, но вместо неё вводится перемычка;
при этом отключается реле обрыва поля 1РОП, которое размыкает контакт 1РОП в цепи катушки контактора возбуждения КВ, контактор отключается;
мая ступень Р6-Р7.
При этом ток возбуждения генератора Г уменьшается в 2 раза, поэтому при работе в положении «6» напряжение генератора составляет не 220 В, а 110 В. Это напряжение ге-
нератора Г как раз равно номинальному напряжению 110 В якоря 2ИД;
тактор возбуждения КВ повторно включается.
Схема готова к работе.
Работа схемы
Схема с одним исполнительным двигателем работает так же, как с двумя.
При переводе рукоятки командоконтроллера из положения «0» в положения «1»…
»6» последовательно замыкаются контакты КК16…КК20, при этом увеличивается ток воз
буждения генератора Г, его напряжение и скорость двигателя 2ИД.
Однако при этом в каждом положении ток возбуждения генератора Г и его напря-
жение в 2 раза меньше, чем в схеме с двумя исполнительными двигателями. Необходимость в снижении напряжения объясняется тем, что теперь в цепи главного тока находится только одна обмотка якоря, а не две. Номинальное напряжение каждого якоря 110 В.
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
Для защиты от токов короткого замыкания в обмотке статора приводного двигате-
ля ПД служит автоматический выключатель на ГРЩ ( на схеме не показан ).
Для от токов короткого замыкания в катушках линейного реле ЛР и линейного контактора Л служат предохранители Пр 2 А.
Для защиты от токов короткого замыкания в цепях, питающихся от возбудителя В, служат предохранители 10 А.
Для от токов короткого замыкания в цепи сигнальной лампочки служат предохрани
тели 0,5 А.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки приводного двигателя ПД служат тепловые реле 1ТР и 2ТР. При перегрузке ПД эти реле размыкают контакты 1Тр, 2ТР в цепи катушек реле ЛР и контактора Л, что приводит к отключению ПД от судовой сети. Электропривод брашпиля останавливается и затормаживается.
Для защиты от токов перегрузки генератора Г и приводных двигателей 1ИД и 2ИД служит противокомпаундная обмотка ПКО генератора Г.
Перегрузка может возникнуть, например, если невозможно оторвать якоря от грун-
та. При этом оба двигателя переходят в режим стоянки под током, ток главной цепи увели
чивается.
Этот ток, протекая через ПКО, усиливает её размагничивающее действие генерато-
ра. Напряжение генератора уменьшается ( рис. 12.8, а, внешняя характеристика «1» гене-
ратора ) что, по закону Ома, приводит к уменьшению тока главной цепи до безопасного для якорей генератора Г и двигателей 1ИД и 2ИД значения.
Для генераторов этот ток называют током короткого замыкания I , а для двига
телей током стоянки I .
Обычно это значение I = I ≤ 2,5 I. При большем токе на коллекторе электрических машин ( генератора и двигателя ) возникает круговой огонь, коллектор нагревается, выплавляется олово из петушков коллекторных пластин, обмотка якоря сгорает.
На рис. 12.8, а , внешняя характеристика «2» соответствует согласному включению
независимой обмотки НОВГ и ПКО. При таком включении последовательная обмотка возбуждения ( в данном случае, ПКО не размагничивает, а намагничивает железо генера-
тора, в результате ток короткого замыкания во много раз превышает номинальный точка «В» на внешней характеристике генератора ).
Аналогично, равный этому току генератора ток стоянки двигателя также во много раз превышает номинальный точка «В» на механической характеристике двигателя ).
В системе Г-Д перегрузка исполнительного двигателя ИД приводит к перегрузке не только генератора Г, но и приводного двигателя ПД, в данной схеме 3-фазного асин-
хронного двигателя ПД.
На электроходах в качестве приводного двигателя ПД используется двигатель внут
реннего сгорания ( дизель ). Дизели выдерживают перегрузку в 10% номинальной мощно-
сти в течение только 1 часа. Поэтому на электроходах применение ПКО в системах Г-Д
ограничивает перегрузку дизелей до допустимых значений.
Защита от обрыва поля
Под обрывом магнитного поля ( обрывом поля ) понимают уменьшение до нуля
магнитного потока параллельной обмотки возбуждения.
Например, в данной схеме обрыв поля может произойти, если какой-либо из контак
тов 1П-4, 1П-5, 2П-4, 2П-5 перестанет пропускать ток.
Пусть перестал пропускать ток контакт 1П-4. В этом случае магнитный поток Ф
обмотки 1НОИД уменьшится до нуля. ПротивоЭДС обмотки якоря двигателя Е = с*ω*Ф =
= с*ω*0 = 0, что приведёт к резкому увеличению тока якоря двигателя
I= ( U E ) / R= ( U 0 ) / R= U / R= I
Обмотка якоря двигателя сгорает.
В данной схеме защита от обрыва поля работает так.
При обрыве поля перестаёт протекать ток в цепи 1НОИД ( 2НОИД ) и токовой ка-
тушке 1РОП ( 2РОП ). Реле 1РОП ( 2РОП ) размыкает контакт 1РОП ( 2РОП ) в цепи катушки контактора возбуждения КВ.
Контактор КВ отключается и размыкает контакт КВ в цепях катушек тормозов 1ТМ, 2ТМ и цепи независимой обмотки генератора НОГ.
При этом напряжение генератора уменьшается до нуля, а оба двигателя затормажи-
ваются.
Защита по снижению напряжения
При снижении напряжения до 60% и менее реле ЛР отпускает свой якорь и размыкает оба контакта в цепях катушек ЛР и линейного контактора Л.
Последний размыкает контакты Л в цепи обмотки статора приводного двигателя ПД, двигатель останавливается. Это приводит к остановке электропривода брашпиля.
Для повторного пуска надо вначале установить рукоятку командоконтроллера в по-
ложение «0», после чего нажать кнопку КнП «Пуск».
Далее работа схемы повторяется ( см. «Подготовка схемы к работе» ).
Якорно-швартовные устройства предназначены для работы с якорными и швартов-
ными канатами.
Данная схема служит для управления 3-скоростным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
Способ регулирования скорости двигателя: изменением числа пар полюсов. Для этого на статоре уложены 3 обмотки с разным числом пар полюсов, которые при работе включаются поочерёдно.
Каждая обмотка рассчитана на определённую мощность, а именно:
Из сравнения мощностей следует, что обмотка 3-й скорости не предназначена для рабо
ты с тяжёлыми якорными канатами, она используется только для работы со швартовными
канатами.
Иначе говоря, якорные канаты можно выбирать и травить только на 1-й и 2-й скоро
стях, а швартовные на всех 3-х скоростях.
Аппаратом управления служит командоконтроллер, имеющий 7 положений: одно
нерабочее ( нулевое ) и 6 рабочих, по три в стороны «Выбирать» и «Травить».
Диаграмма переключений контактов командоконтроллера показана непосредствен-
но на схеме ( 12.9 ).
Элементы схемы
Элементы силовой части схемы
К основным элементам силовой части относятся:
ный амперметр. Сам амперметр встроен в верхнюю часть тумбы командоконтроллера и позволяет боцману следить за нагрузкой двигателя;
Элементы схемы управления
кания в любой цепи схемы управления;
для остановки электропривода в случае, если рукоятку командоконтроллера не удаётся вернуть в нулевое положение;
ётся питание на катушку электромагнитного тормоза YB;
7. КМ4 катушка контактора 2-й скорости;
8. КМ5 катушка контактора 3-й скорости;
ля на 3-ю скорость после того, как в результате перегрузки схема перевела двигатель с 3-й скорости на 2-ю;
на 3-ю;
жения до 60% и менее;
необходимости быстро выбрать якоря;
14. UZ выпрямительный мостик, для питания катушек реле KV1, KV2 и КТ1, КТ2.
Рис. 12.9. Схема типовой контакторной системы управления электроприводом якорно-швартовного устройства на переменном токе
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе электромеханик должен:
В этом положении замкнуты контакты 1SA1, 1SA8 и 1SA2.
Через контакт 1SA1 линейное напряжение с проводов А и С поступает на вход выпря
мительного мостика UZ по цепи:
вод UZ FU- линейный провод А.
На выходе мостика возникает выпрямленное напряжение, при этом образуются цепи тока катушек реле КV1, КТ2 и КТ1:
1. «плюс» - 1SA8 КК6 КV2 КV1 «минус». Параллельно катушке включается делитель напряжения на 2-х резисторах, напряжение с левого резистора снимается на сигнальную лампочку HL «Питание подано», подсвечивающую шкалу амперметра;
2. «плюс» - 1SA2 КТ2 «минус»;
.3. «плюс» - КМ6 КК1…КК5 КТ1 «минус».
Реле КV1 включается и переключает 3 своих контакта:
верхний контакт в цепи катушки контактора КМ4 размыкается; средний контакт в цепи катушки контактора КМ5 замыкается; нижний контакт в цепи катушки реле КV1 замыка
ется, шунтируя контакт 1SA8 во всех положениях рукоятки, кроме 3-го.
Реле КТ2 включается и переключает 2 своих контакта:
верхний контакт в цепи катушки контактора КМ4 замыкается; нижний контакт в цепи катушки контактора КМ5 размыкается, не давая контактору включиться без выдержки времени.
Реле КТ1 включается и переключает 4 своих контакта: верхняя пара контактов замыкается, нижняя пара размыкается. С этого момента времени питание на вход мостика UZ поступает через верхнюю пару контактов КТ1.
Таким образом, в исходном состоянии включены реле КV1, КТ2 и КТ1, горит сигнальная лампочка HL.
Схема готова к работе.
Работа схемы
Схема управления симметрична, рассмотрим работу схемы в направлении «Выбирать».
1-я скорость
При переводе рукоятки КК в первое положение размыкаются контакты 1SA1, 1SA2 и замыкаются 1SA3, 1SA5.
Размыкание контакта 1SA1 не влияет на схему, т.к. ещё в нулевом положении разомкнулись нижние контакты КТ1.
При замыкании контакта 1SA3 образуется цепь тока катушки контактора КМ1 «Выбирать»:
правый линейный провод FU - 2SA КТ1 КТ1 - 1SA3 КМ2 катушка КМ1
левый линейный провод.
Контактор КМ1 включается, замыкает 2 главных контакта в силовой части схемы
и вспомогательный, через который параллельно катушке КМ1 включается катушка тормоз
ного контактора КМ6.
Контактор КМ6 включается, замыкает 2 главных контакта в цепи катушки электро
магнитного тормоза YB ( двигатель растормаживается ) и вспомогательный ( последова
тельно с контактом 1SA5 ). При этом образуется образуется цепь тока катушки контактора 1-й скорости КМ3:
правый линейный провод FU - 2SA КТ1 КТ1 - 1SA3 КМ1 КМ6 1SA5
КМ4 катушка КМ3 КМ5 - левый линейный провод.
Контактор КМ3 КМ1 включается, замыкает 3 главных контакта в силовой части схемы, двигатель начинает работать на 1-й скорости.
Кроме того, замыкается вспомогательный контакт КМ3 параллельно контакту 1SA2, поэтому реле времени КТ2 не отключается.
2 скорость
При переводе рукоятки КК во второе положение размыкается контакт 1SA5 и замыкается 1SA6. Эти контакты переключаются в промежуточном положении, что уменьшает время переключения контакторов КМ3 и КМ4 ( когда на обмотки статора питание не поступает ).
При размыкании 1SA5 отключается контактор КМ3 и обмотка 1-й скорости, при замыкании 1SA6 включается контактор 2-й скорости КМ4, двигатель переходит на 2-ю скорость.
Одновременно размыкается вспомогательный контакт КМ3 в цепи катушки реле времени КТ2. С этого момента начинается отсчёт выдержки времени этого реле.
3 скорость
При переводе рукоятки КК в третье положение размыкается контакт 1SA6 и замыкается 1SA7. Эти контакты переключаются в промежуточном положении, что уменьшает время переключения контакторов КМ4 и КМ5 ( когда на обмотки статора питание не поступает ).
Если к моменту перевода рукоятки в 3-е положение выдержка времени КТ2 не закончилась, катушка контактора КМ4 продолжает питаться через верхний не успевший разомкнуться контакт КТ2.
Когда же выдержка времени КТ2 закончится, верхний контакт КТ2 разомкнётся, отключая контактор КМ4, а нижний замкнётся, включая контактор 3-й скорости КМ5.
Если к моменту перевода рукоятки в 3-е положение выдержка времени КТ2 закон
чилась, катушка контактора КМ5 получает питание через нижний контакт КТ2.
Двигатель работает на 3-й скорости.
Таким образом, пуск частично автоматизирован в функции времени при помощи реле КТ2. Это реле задержало переход двигателя со 2-й скорости на 3-ю.
Защита от токов короткого замыкания
Защита от токов короткого замыкания в цепях обмоток статора при помощи авто
матического выключателя на ГРЩ.
Защита от токов короткого замыкания в цепях катушек контакторов и реле при
помощи предохранителей FU.
Защита от токов перегрузки
При перегрузке обмотки 3-й скорости тепловое реле КК6 размыкает свой контакт и отключает блокировочное реле КV1.
Контакты КV1 переключаются: средний контакт КV1 размыкается, отключая катушку контактора КМ5, а верхний замыкается, включая катушку контактора КМ4.
Двигатель переходит с 3-й скорости на 2-ю.
Нижний контакт КV1 размыкается, тем самым не позволяя реле КV1 повторно включиться после остывания реле КК6 и замыкания его контакта в цепи катушки КМ5.
Поэтому двигатель и после замыкания контакта КК6 останется работать на 2-й скорости. При этом катушка КМ4 питается через контакты 1SA7, КТ2 и КV1.
Для продолжения работы на 3-й скорости надо замкнуть контакт 1SA8, т.е переве-
сти рукоятку из 3-го положения во второе.
При срабатывании тепловых реле 1-й и 2-й скорости КК1…КК4 двигатель отключа
ется от сети и затормаживается.
При необходимости можно исключить тепловую защиту 1-й и 2-й скорости.
Для того боцман нажимает ногой на педальный выключатель 3SA. При этом включается блокировочное реле КV2, шунтирующее контакты КК1…КК5. Такая необходимость может возникнуть, когда надо срочно сняться с якоря, несмотря на срабатывание тепловых реле КК1…КК4.
Для управления электроприводом шпиля служит 3-скоростной асинхронный двигатель с синхронными частотами вращения 375, 750 и 1500 об / мин.
Способ регулирования скорости изменением числа пар полюсов. При этом на статоре уложены две независимые обмотки: первая с её переключением по схеме «треугольник» - «двойная звезда», вторая собрана в схему «треугольник».
Рис. 12.11. Схема контакторной системы управления электроприводом шпиля фирмы «Сименс»
К основным элементам схемы относятся:
двигателя от токов перегрузки;
жения до 60% и менее ( минимальная и нулевая защиты по напряжению );
обмотки 1-й скорости при перегрузке;
обмотки 3-й скорости при перегрузке;
вым током этой обмотки;
18. КТ3 реле времени, для контроля за исправностью электромагнитного тормоза YB;
20 SQ экономический выключатель тормоза, размыкается при срабатывании тормоза..
Для подготовки схемы к работе:
В нулевом положение рукоятки КК замкнуты контакты 1SA1 и 1SA4.
Через контакт 1SA1 включается реле напряжения KV1 по цепи:
левый линейный провод левый контакт QF левый предохранитель 2SA КТ3
( паралельно КV4 ) 1SA1 КК1 катушка KV1 правый предохранитель пра-
вый контакт QF правый линейный провод.
Реле KV1 включается и замыкает два контакта: верхний, который шунтиру-
ет контакт 1SA1, и левый, через который поступает питание на остальную часть схемы управления.
Кроме того, включается экономический контактор KV4, который замыкает 2 контакта, шунтирующих экономический резистор R1. и размыкает контакт KV1 в цепи катушки реле напряжения KV1.
Однако реле KV1 не отключается, т.к. остаётся замкнутым контакт КТ3.
Таким образом, в нулевом положении рукоятки КК включены реле KV1 и KV4.
Схема готова к работе.
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении
«Выбирать».
1 скорость
При переводе рукоятки КК из положения «0» в положение «1» размыкается кон-
такт 1SA1 и замыкается 1SA2.
Несмотря на размыкание 1SA1, катушка реле KV1 продолжает питаться через свой
контакт KV1 ( параллельно 1SA1 ).
Через контакт 1SA2 включается контактор КМ1 «Выбирать». Он замыкает главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный контакт. Через этот контакт и контакт 1SA4 включается контактор 1-й скорости КМ3.
Контактор КМ3 замыкает главные контакты в силовой части схемы ( питание поступает на обмотку 1-й скорости ) и вспомогательный в цепи выпрямительного мостика тормозного контактора КМ7.
Контактор КМ7 включается, подаёт питание на катушку тормоза YB.
Параллельно контактору КМ7 включается реле времени КТ3 с выдержкой 1,5 с.
Двигатель растормаживается и работает на 1-й скорости ( «треугольник» ).
После срабатывания тормоза размыкается контакт SQ, реле KV4 теряет питание и
замыкает контакт KV4 в цепи катушки реле KV1.
Если тормоз не сработает, через 1,5 с реле КТ3 разомкнёт свой контакт в цепи катушки КV1, это реле отключится и разомкнёт свои контакты.
Двигатель отключится от сети и тормозится.
2 скорость
При переводе рукоятки КК из положения «1» в положение «2» размыкается кон-
такт 1SA4 и замыкается 1SA5.
При размыкании контакта 1SA4 отключается контактор 1-й скорости КМ3.
При замыкании контакта 1SA5 включаются контактор КМ4 и реле времени КТ1.
Контактор КМ4 замыкает главные контакты, подавая питание на выводы «двойной звезды» и вспомогательный в цепи катушки контактора КМ5. Последний включает
ся и через свои главные образует нулевую точку «двойной звезды».
Таким образом, для образования схемы «двойной звезды» служат два контактора: КМ4 и КМ5.
Двигатель переходит на 2-ю скорость.
3 скорость
При переводе рукоятки КК из положения «2» в положение «3» замыкается контакт 1SA6, При этом возможны два варианта перехода на 3-ю скорость:
Контактор КМ6 включается, размыкает свой вспомогательный контакт в цепи катушки контактора КМ4, последний отключается, отключая второй контактор «двойной звезды» - КМ5.
Двигатель переходит со 2-й скорости на 3-ю.
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
Защита от токов короткого замыкания в обмотках статора при помощи автомати
ческого выключателя QF.
Защита от токов короткого замыкания в цепях управления при помощи предохра
нителей.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки служат тепловые реле КК1, КК2 и электромагнит
ное реле КА.
Реле КК2 защищает от токов перегрузки только обмотку 1-й скорости ( «треуголь
ник» ). Оно срабатывает через 5 мин работы на 1-й скорости с полной нагрузкой.
При перегрузке обмотки 1-й скорости реле КК2 замыкает контакт КК2 и включает промежуточное реле KV2. Это реле размыкает верхний контакт, отключая контактор КМ3, и замыкает нижний, шунтируя контакт КК2 ( самоблокировка самого реле ).
Если после срабатывания КК2 рукоятка КК осталась в первом положении, двига-
тель отключается от сети и затормаживается, т.к. отключаются контакторы КМ3 и КМ7.
Однако, после срабатывания КК2 и отключения КМ3, можно продолжить работу на 2-й или 3-й скорости переводом рукоятки КК в положение «2» или «3» ( см . выше ).
Реле КК1 защищает от токов перегрузки все три обмотки: 1-й, 2-й и 3-й скорости, отключая двигатель при перегрузке любой из них.
Реле КА защищает обмотку 3-й скорости. При перегрузке этой обмотки на 20% по
току, реле замыкает свой контакт, включая реле времени КТ2 с выдержкой 2с.
Выдержка времени нужна для того, чтобы контактор КМ6 не отключался пусковым током обмотки 3-й скорости, который больше номинального тока этой обмотки в несколь
ко раз.
Если перегрузка сохраняется, через 2 с реле КТ2 замыкает контакт, включая проме-
жуточное реле КV3..
Последнее размыкает верхний контакт и отключает катушку КМ6; одновременно через нижний контакт становится на самоудержание ( самоблокировку ).
Двигатель переходит на 2-ю скорость.
Для продолжения работы на 3-й скорости надо вернуть рукоятку в положение «2»,
при этом отключится реле KV3, после чего перевести в положение «3».
Защита по снижению напряжения
При снижении напряжения до 60% и менее якорь реле напряжения KV1 отпадает, его контакты размыкаются, схема управления отключается.
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
После восстановления напряжения для продолжения работы сначала надо вернуть рукоятку КК в положение «0», чтобы включилось реле KV1, после чего перевести её в нужное рабочее положение.
Основные сведения
На современных транспортных судах применяют 2 вида управления отдачей якоря:
вручную боцманом, находящимся на полубаке непосредственно у брашпиля;
Дистанционное управление из рулевой рубки применяют:
цепь вытравливают на грунт и тем самым уменьшают скорость движения судна.
В соответствии с Правилами Регистра, в рулевой рубке должен быть счётчик дли-
ны вытравленной цепи и указатель предельной скорости травления с отметкой предельно допустимой скорости 180 м/мин.
При дистанционной отдаче якоря для управления ленточным тормозом применяет
ся специальное гидравлическое устройство ( описано ниже ).
Постановка судна на якорь или съёмка с якоря ответственная операция, в которой участвуют офицеры и рядовой состав. При этом местонахождение и действия каждого члена экипажа строго определены соответствующими руководящими документами, напри
мер, «Уставом службы на судах морского флота» и другими.
В постановке судна на якорь участвуют капитан, старший помощник, 2-й и 3-й помощники, боцман, старший рулевой матрос и матросы.
В рулевой рубке находятся капитан, старший помощник, старший рулевой матрос;
на баке - 3-й помощник, боцман и несколько матросов; на корме - 2-й помощник и матро-
сы.
Связь между рулевой рубкой и баком и кормой при помощи переносных приёмо-
передатчиков ( «воки-токи», от англ. walk ходить, talk говорить, вместе говорить на ходу ), а также телефонов парной связи «рубка бак» и «рубка корма».
Описание кинематической схемы устройства дистанционной отдачи якоря
( рис. 12.10, а )
Бустер ( от англ. «вooster») усилитель.
Сервопривод - привод, в составе которого есть усилитель.
К основным элементам схемы относятся:
1 пневмогидравлический бустер. Бустер это цилиндр, внутри которого переме-
щается поршень. Поршень делит цилиндр на верхнюю и нижнюю части. В верхней части
находится воздух, в нижней части масло;
2 трубопровод масляной системы; служит для подачи масла в нижнюю полость бустера и правую часть силового цилиндра 3;
3 силовой цилиндр гидропривода; внутри цилиндра перемещается поршень.
Рис. 12.10. Электропривод дистанционной отдачи якоря: а кинематическая часть; б - электрическая
Поршень делит цилиндр на левую и правую части. В обеих частях цилиндра нахо-
дится масло. Масло поступает: в правую часть из трубопровода 2, в левую часть от масляного шестерённого насоса 7;
Кроме того, в левой части находится пружина, стремящаяся переместить поршень вправо.
Шток поршня при помощи горизонтальной тяги соединён с верхним плечом пово
ротного рычага 4;
4 двухплечий поворотный рычаг; его нижнее ( горизонтальное ) плечо соединено с ленточным стопором 5;
5 ленточный стопор в виде ленты, охватывающей цилиндрический тормозной барабан. Левый конец ленты прикреплён к корпусу судна, правый соединён с поворотным рычагом 4.
Сам тормозной барабан механически соединён с якорной звёздочкой ( якорная звёз
дочка или, иначе, цепной барабан, через который проходит якорь-цепь, на рис. 134, а не показана );
6 нереверсивная роликовая муфта; служит для передачи вращения от якорной звёздочки к шестерённому масляному насосу 7 только при спуске якоря;
7 - шестерённый масляный насос, служит для нагнетания масла в левую часть сило
вого цилиндра 3;
YA катушка электромагнитного золотника. Сам золотник представляет собой цилиндр, внутри которого находится поршень. Поршень делит цилиндр на левую и правую части. В левую часть подаётся воздух из судовой воздушной магистрали с постоянным давлением. Правая часть через отверстие в корпусе соединена с атмосферой;
ВС сельсин-датчик длины вытравленной цепи; ротор сельсина механически свя-
зан с якорной звёздочкой. На валу ротора ВС находятся два кулачка:
1. кулачок, переключающий контакты микропереключателя SQ2, когда будет
вытравлено 2 м якорь-цепи;
2. кулачок, переключающий контакты микропереключателя SQ3, когда будет
вытравлена полная длина якорь-цепи.
Контакты микропереключателей SQ2 и SQ3 показаны на рис. 12.10, б.
Исходное состояние схемы ( рис. 12.10, а )
В исходном состоянии напряжение на катушке YA золотника отсутствует.
Поршень золотника находится в положении, показанном на схеме. При таком поло-
жении поршня правая часть цилиндра золотника сообщена с атмосферой, поэтому пор-
шень бустера 1 давлением масла в нижней части цилиндра приподнят вверх.
Давление масла в нижней части бустера 1 и соединённой с ней правой части цилин
дра гидропривода 3 невелико. Поршень и шток гидропривода занимают положение, пока-
занное на рис. 12.10, а. Сила давления штока на верхнее плечо поворотного рычага неве-
лика, лента плотно охватывает тормозной барабан. Якорная звёздочка неподвижна.
Работа схемы
Для растормаживания тормоза подают питание на катушку YA золотника.
Поршень золотника перемещается вправо и при этом:
Давление воздуха перемещает поршень бустера 1 вниз, поршень выдавливает
масло в правую часть цилиндра гидропривода 3. Поршень внутри этого цилиндра переме
щается влево и поворачивает рычаг 4. Лента тормоза освобождается, начинается травле-
ние якоря.
Якорная звёздочка вращается и через роликовую муфту 6 начинает вращать масляный шестерённый насос 7. Это насос нагнетает масло в левую часть цилиндра гидропривода 3, создавая противодавление на поршень. При этом, чем больше скорость якорной звёздочки ( т.е. скорость травления якорь-цепи ), тем противодавление больше, поэтому лента плотнее охватывает тормозной барабан, что приводит к уменьшению скорости травления.
Отсюда следует, что шестерённый насос обеспечивает постоянство скорости трав-
ления якорь-цепи.
Якорная звездочка через передачу поворачивает ротор сельсина- датчика ВС, при-
чём при изменении длины якорь-цепи на 1 м ротор ВС поворачивается на 1º.
При этом поворачивается на такой же угол ротор сельсина-приёмника ВЕ в руле-
вой рубке ( рис. 12.10, б ), что позволяет непосредственно из неё контролировать длину якорь-цепи.
Иногда сельсин-приёмник ВЕ называют «сельсин-указатель длины якорь-цепи»
Описание схемы управления и контроля устройства дистанционной отдачи якоря ( рис. 12.10, б )
К основным элементам схемы относятся:
ётся напряжение 110 В переменного тока, через 3-й и 4-й слева контакты - напряжение 24 В постоянного тока;
1. SB1 кнопка «Подготовка к работе», находится на баке;
2. SB2 кнопка «Предварительный спуск якоря», на баке;
3. SB3 кнопка «Автоматический спуск якоря», в рулевой рубке;
4. SB4 - кнопка «Автоматический спуск якоря», на баке;
5. SB5 кнопка «Стоп», в рулевой рубке;
6. SB6 кнопка «Стоп», на баке;
7. SQ1 микровыключатель заданной длины якорь-цепи; контакт размыкается при
вытравливании якорь-цепи на заданную длину;
8. SQ2 микропереключатель предварительной отдачи якоря; переключается при
вытравливании 2м якорь-цепи;
9. SQ3 микровыключатель максимальной длины вытравленной якорь-цепи;
10. KV1 реле напряжения, для коммутации цепей управления и контроля;
HL1 лампочка сигнальная , для освещения шкал заданной и действительной дли
ны вытравленной якорь-цепи;
HL2 - лампочка сигнальная «Якорь готов к отдаче»;
HL3 - лампочка сигнальная «Якорь приспущен на 2 м»
HL4 - лампочка сигнальная «Начало отдачи якоря».
R регулировочный резистор в цепи сигнальных ламп, для уменьшения накала
ламп в темное время суток ( чтобы не ослеплять вахту на мостике ).
Электрическую ( правую ) часть схемы управления условно можно разделить на
две половины:
и ВЕ, а также цепи катушек реле KV1, KV2 и KV6 и сигнальных лампочек HL1, HL2, HL3 и HL4. Эта часть питается переменным напряжение 110 В;
2. исполнительная, в которую входят реле KV7, KV3, KV4, KV5 и KV8 и катушка
YA электромагнита золотникового устройства. Эта часть питается постоянным током на-
пряжением 24 В.
При нормальной работе судовой электростанции напряжение 24 В получается от су
довой сети при помощи понижающего трансформатора и выпрямителя.
При обесточивании судна происходит автоматическое переключение питания ис-
полнительной части от судовой сети переменного тока на аккумуляторную батарею.
Это дает возможность травить якорь с якорь-цепью в ручном режиме даже если суд
но обесточено. Для этого нажимают кнопку SB2 и удерживают ее до тех пор, пока не бу-
дет вытравлено нужное число смычек якорь-цепи.
Узел контроля длины якорь-цепи
Узел контроля действительной длины якорь-цепи представляет собой систему син-
хронной связи, в состав которой входят два сельсина:
передачу жёстко связан с якорной звёздочкой ( рис. 12.10, а );
укреплена стрелка, которая при отдаче якоря перемещается вдоль шкалы действительной длины якорь-цепи.
Кроме стрелки, на оси находится кулачковая шайба с переменным профилем, по торцевой поверхности которой скользит ролик кулачкового устройства микропереключате
ля 1SQ1 ( cм. ниже «Узел задания длины якорь-цепи» ).
Само кулачковое устройство закреплено на рукоятке задания длины якорь-цепи.
Однофазные обмотки возбуждения обоих сельсинов включены параллельно на напряжение 110 В переменного тока ( выводы обмоток показаны горизонтальными лини-
ями, выходящими из прямоугольников «ВС» и «ВЕ» на рис. 12.10, б ). Трёхфазные обмот-
ки ротора сельсинов соединены тремя проводами ( три вертикальные линии между прямо-
угольниками «ВС» и «ВЕ» ).
Принцип действия системы синхронной связи: при повороте ротора сельсина ВС на такой же угол поворачивается ротор сельсина ВЕ.
На судах такие системы синхронной связи применяются в рулевых указателях, машинных телеграфах и др.
Узел задания длины якорь-цепи
Необходимую длину вытравленной якорь-цепи задают поворотом специальной ру-
коятки. На оси рукоятки закреплена стрелка, которая при повороте рукоятки перемеща-
ется вдоль шкалы заданной длины якорь-цепи. На шкале есть отметки ( деления ) задан-
ной длины якорь-цепи в метрах.
Кроме стрелки, на оси рукоятки закреплено кулачковое устройство микропереклю-
чателя 1SQ1 заданной длины якорь-цепи.
Для задания необходимой длины рукоятку надо повернуть так, чтобы стрелка рас-
положилась напротив соответствующего деления ( числа ) на шкале.
При этом одновременно повернётся кулачковое устройство микропереключателя 1SQ1 заданной длины якорь-цепи. Тем самым изменится взаимное расположение этого устройства и кулачковой шайбы на валу сельсина-датчика ВЕ длины якорь-цепи.
Чем больше угол поворота рукоятки, тем большее расстояние ( дугу ) при травле-
нии якорь-цепи пройдёт кулачковая шайба и тем позже переключится контакт 1SQ1.
В нулевом положении рукоятки контакт 1SQ1 разомкнут, т.е. травление якорь-цепи
невозможно.
Алгоритм работы схемы
Алгоритм работы схемы крайне прост.
Травление якорь-цепи выполняется в 2 этапа:
На первом боцман на баке последовательно нажимает кнопки SB1 «Подготовка к
работе» и SB2 «Предварительный спуск якоря».
После нажатия кнопки SB1 загорается сигнальная лампочка НL2 «Якорь готов к отдаче», свидетельствуя о том, что можно начинать спуск якорь-цепи.
После нажатия кнопки SB2 сразу же загорается сигнальная лампочка НL4 «Начало отдачи якоря», якорь опускается на 2 м. При этом загорается сигнальная лампочка НL3 «Якорь приспущен», после чего боцман должен отпустить кнопку SB2. Таким образом, на предварительном этапе якорь опускают на 2 м в ручном режиме.
На основном этапе выполняют автоматическое травление якорь-цепи на заданную длину нажатием кнопки SB3 ( SB4 ) «Автоматический спуск якоря».
Кнопка SB3 находится в рулевой рубке, кнопка SB4 на баке. Выбор того или ино-
го места определяет капитан.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают выключатель SA в рулевой рубке.
При этом включается реле KV1 напряжением 110 В, которое замыкает 2 контакта:
тельной длины вытравленной якорь-цепи;
тавливая их к последующей работе.
Подсветка шкал одновременно является сигналом «Напряжение на схему подано».
Кроме того, через контакты SA подаётся напряжение 110 В на параллельно вклю
чённые обмотки возбуждения сельсина-указателя длины ВЕ ( рулевая рубка ) и сельсина- датчика длины ВС ( якорная звёздочка на баке ).
После этого задают необходимую длину травления якорь-цепи поворотом специ-
альной рукоятки ( см. выше ).
Схема готова к работе.
Работа схемы
Цель предварительного этапа приспустить якорь на 2м и тем самым подготовить его к последующей автоматической отдаче.
На этом этапе порядок действий такой.
По команде с мостика «Приготовить якорь к отдаче» боцман нажимает кнопку SB1 «Подготовка к работе».
Через контакты кнопки включается реле KV2 «Якорь готов к отдаче», которое за-
мыкает один контакт в цепи своей катушки ( после чего кнопку SB1 можно отпустить )
и второй контакт в цепи лампочки HL2 «Якорь готов к отдаче».
Убедившись в загорании лампочки HL2, боцман нажимает cдвоенную кнопку SB2.
При этом, через верхний контакт SB2 образуется цепь катушки первого реле предварительного спуска KV3:
третий слева контакт выключателя SA SB5 SQ3 SB6 SB2 катушка KV3
крайний правый контакт выключателя SA.
Реле KV3 включается и замыкает контакт KV3, через который включаются сигналь
ное реле KV5 и второе реле предварительного KV4 ( в цепи катушки которого второй контакт SB2 ).
Реле KV5 включает лампочку HL4 «Начало отдачи якоря».
Реле KV4 включается и замыкает два контакта , через которые включается катушка
YA золотникового устройства. Начинается травление якоря.
Когда якорь опустится на 2 м, путевой переключатель SQ2 переключает контакт
из верхнего положения в нижнее. При этом отключается реле KV2 и гаснет лампочка HL2
«Начало отдачи якоря», и включается реле KV6, загорается лампочка HL3«Якорь приспу-
щен на 2 м».
В этот момент боцман должен отпустить кнопку SB2. Контакты кнопки размыкают
ся, отключаются реле KV3, KV4 и катушка YA. Травление якоря прекращается.
При травлении якоря ротор сельсина ВС поворачивается, что приводит к повороту ротора сельсина ВЕ. При этом стрелка на валу сельсина ВЕ поворачивается и скользит вдоль шкалы действительной длины якорь-цепи.
Это позволяет в рулевой рубке контролировать длину вытравливаемой якорь-цепи.
.
Основной этап
Цель основного этапа вытравить автоматически якорь-цепь на заданную длину.
Для автоматического травления нажимают кнопку SB3 в рулевой рубке или SB4 на
баке.
При этом включается реле KV7, замыкающее контакты в цепи катушек реле KV3 и
KV8.
Цепь катушки реле KV3:
третий слева контакт выключателя SA SB5 SQ3 SB6 КМ7 катушка KV3 крайний правый контакт выключателя SA.
Реле KV3 включается, через его контакт:
1. повторно включается реле KV5, загорается лампочка HL4 «Начало отдачи яко-
ря»;
2. образуется цепь катушки реле KV8:
третий слева контакт выключателя SA KV3 KV1 SQ1 KV7 катушка KV8 край-
ний правый контакт выключателя SA.
Реле KV8 включается, образуется цепь катушки золотника YA:
третий слева контакт выключателя SA KV3 KV1 KV8 катушка YA крайний пра-
вый контакт выключателя SA.
Золотник внутри цилиндра перемещается, травление якоря восстанавливается.
После включения реле KV8 кнопку SB3 ( SB4 ) можно отпустить, реле KV7 отклю-
чается и размыкает контакт KV7 в цепи катушки KV8. Однако реле KV8 продолжает полу
чать питание через собственный контакт KV8 ( самоблокировка ).
По мере травления роторы сельсинов ВС ( на баке ) и ВЕ ( в рулевой рубке ) повора
чиваются.
Вместе с ротором сельсина ВЕ поворачивается кулачковая шайба, которая надавли
вает на ролик кулачкового устройства микропереключателя SQ1 в тот момент, когда ранее заданная длина якорь-цепи будет достигнута.
Контакт SQ1 размыкается, отключая реле KV8. Реле размыкает контакт KV8, от-
ключая катушку золотника YA.
Травление якоря прекращается.
Аварийная остановка якоря
При необходимости прекратить травление на предварительном или основном этапе нажимают кнопку SB5 в рулевой рубке или SB6 на баке.
При этом реле KV3 отключается и размыкает контакт KV3, катушка YA обесточи-
вается, травление прекращается.
Предельный выключатель длины якорь-цепи
В случае, если аварийная остановка якоря по каким-либо причинам невозможна
( например, при нажатии кнопки SB5 или SB3 травление продолжается ), якорь остановит-
ся только после срабатывания микропереключателя SQ3 предельной длины якорь-цепи.
При этом контакт SQ3 размыкается, отключая реле KV3, вследствие чего отключа-
ется катушка золотника YA.
Совершенно ясно, что при настройке этот конечный выключатель надо отрегулиро
вать на меньшую, чем предельная, длину якорь-цепи. В противном случае, из-за набран-
ной инерции, после наложения тормоза продолжение движения якорь-цепи приведёт к отрыву жвака-галса от скобы, приваренной к палубе внутри цепного ящика. В результате якорь-цепь с якорем будут утеряны, со всеми вытекающими для электромеханика последствиями.
12. Техническая эксплуатация электроприводов ЯШУ
Основные сведения
Эксплуатация - это процесс использования электропривода по назначению и под-
ержание его в технически исправном состоянии.
К управлению якорными и швартовными механизмами допускаются боцманы, стар
шие матросы.
Поэтому основная задача механика по правильному использованию электроприво-
да состоит в составлении добротной инструкции об особенностях управления якорно-швартовными приводами данного судна.
Инструкция должна учитывать правила техники безопасности, относящиеся к элект
роприводу и работающему механизму.
Следует помнить, что за правильностью использования электрооборудования якор
но-швартовных устройств, за соблюдением допускаемых режимов работы ответствен-
ность несут лица, в чьем заведовании эти механизмы находятся ( обычно 2-й механик ).
Именно поэтому электромеханик обязан обстоятельно проверить знания и умение операторов, допускаемых к управлению электроприводом.
Техническое обслуживание
Подготовка к действию брашпилей и шпилей
При подготовке к действию брашпиля (шпиля) боцман или лицо, его заменяющее, должны:
.1. убедиться в отключении ручного привода;
.2. проверить положение ленточного тормоза и, если нужно, затянуть его;
.3. проверить действие кулачковой (фрикционной) муфты;
.4. проверить чистоту якорной цепи на участке от механизма до клюза и правиль-
ность ее положения на цепном барабане;
.5. подготовить к действию привод брашпиля (шпиля); при паровом приводе про-
греть паропровод и паровую машину;
.6. при отключенном цепном барабане провернуть брашпиль (шпиль) вхолостую в обе стороны на несколько оборотов, наблюдая за показаниями амперметра;
.7. при наличии дистанционного управления проверить действий исполнительных механизмов при управлении со всех постов;
.8. доложить на мостик о готовности брашпиля (шпиля) к действию.
При отдаче якоря без включения двигателя брашпиля необходимо:
.1. зажать ленточный тормоз и выключить цепной барабан;
.2. отжать ленточный тормоз и произвести травление якоря; для уменьшения скоро
сти травления зажимать ленточный тормоз плавно и без рывков;
.3. после вытравливания заданного числа смычек якорной цепи зажать полностью
ленточный тормоз.
Для подъема якоря необходимо:
.1. включить муфту, сообщающую цепной барабан с валом;
.2. ослабить ленточный тормоз и одновременно пустить двигатель брашпиля;
.3. обмывать водой цепь при подъеме;
.4. вести наблюдение за состоянием якорной цепи и положением якоря при подходе
клюзу, при этом скорость подъема должна быть снижена;
.5. после подъема якоря затянуть ленточный тормоз до отказа;
.6. взять якорную цепь на стопор;
.7. передать нагрузку с ленточного тормоза на стопор, для чего ослабить тормоз и
снова затянуть его;
.8. отключить цепной барабан.
При включенном приводе брашпиля (шпиля) следить, чтобы колодки и ленты тор-
мозов были достаточно отжаты и не препятствовали работе двигателя. При работе электри
ческого привода брашпиля (шпиля) следить за показаниями амперметра, не допуская уве-
личения силы тока свыше номинального значения.
Муфты предельного момента должны быть всегда исправны и отрегулированы.
Во время травления якорной цепи или работы на турачку необходимо находиться в стороне от линии движения якорной цепи или швартовного троса и не прикасаться к дви-
жущимся частям.
Запрещается оставлять на турачках закрепленные тросы, а также использовать сто-
поры для удержания якорной цепи при стоянке на якоре. Назначение этих стопоров креп
ление втянутых якорей по-походному.
Необходимо следить за смазкой механизма брашпиля (шпиля), проверяя ее состоя
ние в каждом случае подготовки к работе. Открытые передачи брашпиля должны быть постоянно покрыты смазкой рекомендованного состава и закрыты защитными кожухами
Не допускается работа брашпиля с таким износом цепных барабанов, при котором
наблюдается проскальзывание якорной цепи.
При выводе из действия брашпиля с паровым приводом должны быть обеспечены продувание цилиндров и паропровода и освобождение их от конденсата во избежание гидравлических ударов при последующих пусках и возможного размораживания машины и трубопроводов в зимний период.
Регулировка дисковых тормозов
Регулировка занимает значительное время в обслуживании привода.
Она должна осуществляться весьма тщательно и добротно. Некачественная работа тормоза может привести к тяжелым последствиям.
Действие тормозов и тормозных магнитов проверяется путем пробных пусков и торможений ИД обязательно каждый раз при подходе к месту швартовки или якорной сто
янки.
Техническое обслуживание электрических тормозов с полной разборкой произво-
дится раз в год, а с частичной разборкой - не реже одного раза в три месяца.
Работа путевых выключателей, которые могут быть на тормозе, проверяется не ме-
нее трех раз в промежутках между плановыми ТО.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение якорно-швартовных устройств?
2. Что входит в состав рабочего механизма ЯШУ?
3. Какие типы редукторов применяют в ЯШУ?
4. Какие виды тормозных устройств применяют в ЯШУ?
5. Каково назначение якорного барабана ЯШУ? Швартовного барабана?
6. Каково назначение муфт переключения? Какие режимы работы электропривода ЯШУ они обеспечивают? Какие барабаны вращаются в каждом режиме?
7. От чего зависит число якорей на судне? Сколько якорей и каких именно на судах неогра-
ниченного района плавания?
8. От чего зависит масса отдельного якоря? Приведите пример
9. От чего зависит суммарная длина обеих якорных цепей? Приведите примеры
10. Что такое «смычка» якорь-цепи? Какова длина одной смычки?
11. Какие виды управления применяются в электроприводах ЯШУ? Почему?
12. Объясните устройство и принцип действия брашпиля ( на примере якорно-швартовного брашпиля )
13. Что такое полубрашпили? На каких судах они используются?
14. Объясните устройство и принцип действия автоматической швартовной лебедки с якорной приставкой
15. Объясните устройство и принцип действия шпиля. В чем состоит разница между швар
товным и якорно-швартовным шпилями?
16. Каково назначение швартовных лебедок? Какие виды управления используются в электроприводах этих лебедок?
17. В чем заключаются основные особенности электроприводов ЯШУ?
18. Что называется нагрузочной диаграммой ЯШУ?
19. Объясните процесс снятия судна с якоря. На какие стадии он делится? Каковы нагрузки ЯШУ на каждой стадии?
20. Объясните особенности режима подъема 2-х якорей с половинной глубины стоянки
21. Каковы особенности швартовного режима электропривода ЯШУ?
22. Что такое характеристика якорного снабжения ЯШУ? От чего она зависит? Для чего используется?
23. Что такое характеристика швартовного снабжения ЯШУ? От чего она зависит? Для чего используется?
24. Каковы основные требования Правил Регистра к ЯШУ?
25. В каких случаях в электроприводах ЯШУ используется предохранительная фрикцион-
ная муфта?
26. В чем заключаются рекомендации по выбору системы управления ЯШУ?
27. Какие типы исполнительных электродвигателей используются в электроприводах ЯШУ?
28. В каких случаях для привода ЯШУ используется система генератор двигатель ( Г Д )?
29. Объясните работу контроллерной схемы управления ЯШУ с 3-скоростным асинхрон-
ным электродвигателем. Какие виды защит использованы в схеме?
30. Объясните работу контроллерной схемы управления ЯШУ по системе Г - Д. Какие ви-
ды защит использованы в схеме? Каково назначение противокомпаундной обмотки?
31. Объясните работу типовой системы управления ЯШУ на переменном токе. Какие ви-
ды защит использованы в схеме?
32. Объясните работу системы дистанционной отдачи якоря. С какой целью исполнитель
ная часть схемы получает питание от сети 24 В постоянного тока?
33. Объясните работу контакторной системы управления ЯШУ фирмы «Сименс». Какие виды защит использованы в схеме?
34. Что такое техническая эксплуатация судовых технических средств?
35. Кто из членов экипажа судна допускается к управлению ЯШУ?
36. В чьем заведовании находится механическая часть ЯШУ?
37. Перечислите условия работы ЯШУ
38. В чем состоит техническое обслуживание ( ТО ) ЯШУ?
39. Каким образом выполняется поиск неисправности в схемах управления электроприво
дами ЯШУ?
40. Каким образом выполняется регулировка дисковых тормозов ЯШУ?
2.6. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СУДОВЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
1. Основные сведения
Под термином «грузоподъемное устройство» понимается комплекс механизмов, обо-
рудования и конструкций, предназначенных для переработки различных грузов.
ГПМ принято классифицировать по двум основным признакам:
По назначению ГПМ могут быть разделены на 4 группы:
1. лебедки и краны грузоподъемностью до 8 т, обеспечивающие переработку мас-
совых грузов;
2. грузовые механизмы для перегрузки контейнеров массой от 8 до 32 т, а также тяжеловесных грузов (тяжеловесные лебедки, козловые и мостовые контейнерные кра-
ны);
3. лебедки общесудового назначения (шлюпочные ) и лебедки грузовых и пасса-
жирских лифтов;
4. специальные лебедки и краны, применяемые на судах специального назначе-
ния ( буксирные, траловые, гидрологические и др.)
Грузовые лебедки являются наиболее распространенными грузоподъемными механизмами на судах. Операции переноса груза выполняются грузовыми лебедками с помощью грузовых стрел. Применяют различные сочетания грузовых стрел и лебедок: работа двух лебедок или трех лебедок на один общий гак. В последнем случае 1 лебед-
ка используется для подъема груза, а 2 другие - для поворота и изменения вылета стрелы.
Грузовые краны являются автономными механизмами и в отличие от лебедок не требуют дополнительного такелажа. Грузовые краны имеют 3 механизма: подъема груза, изменения вылета стрелы и поворота.
Козловые и мостовые контейнерные краны имеют 2 механизма: подъема и пере-
движения, а в некоторых случаях имеют третий механизм, служащий для захвата контей
неров. Грузовые краны постоянно готовы к действию и обеспечивают более высокую производительность и экономичность перегрузочных работ. Меньший вылет стрелы компенсируется тем, что краны устанавливают вдоль бортов судна, а грузовые люки делают больших размеров. Последнее обстоятельство значительно облегчает размеще-
ние грузов внутри трюма. Указанные преимущества обусловили то, что большинство сухогрузных судов теперь оснащают кранами.
На всех без исключениях типов судов устанавливают шлюпочные лебедки и лебедки грузовых лифтов ( подъемники ).
Шлюпочные лебедки предназначены для подъема шлюпок с поверхности воды при помощи электродвигателя ( спуск лебедок происходит под действием сил гравитации, т.е. веса ).
Лебедки грузовых лифтов ( подъемники ) предназначены для перемещения продуктов питания между провизионными камерами и помещением камбуза ( и в об-
ратном направлении ). Перемещение людей при помощи подъемников категорически запрещено.
Пассажирские лифты используют на крупнотоннажных судах с большим количеством палуб, а также на всех типах пассажирских судов.
Буксирные лебедки применяют на морских буксирах, спасателях, ледоколах и судах ледокольного типа, работающих северных широтах. Они предназначены для буксировки судов, плавкранов и других плавсредств. Такие лебедки обеспечивают хранение на рабочем барабане всего запаса буксирного троса.
Траловые лебедки используют на рыболовецких судах. Мощность электродви
гателей таких лебедок достигает сотен кВт, а электропривод имеет достаточно слож-
ную схему управления.
Гидрологические лебедки устанавливают на научно-исследовательских судах.
Они предназначены для подъема-спуска научной аппаратуры с образцами воды и грунта, взятого с поверхности морского дна.
Передаточные механизмы ГПМ бывают двух типов:
1. механические;
2. гидравлические.
В качестве механической передачи в ГПМ используют червячный или цилиндрический редуктор. Наибольшее распространение получили грузовые устройства с цилиндрическим редуктором, который по сравнению с червячным обеспечивает более высокий КПД механизма.
В настоящее время на судах находят применение также электрогидравлические грузовые краны. Механизмы подъема груза, изменения вылета стрелы и поворота плат-
формы этих кранов приводятся в движение гидравлическими двигателями, в которые подается масло под давлением, создаваемым установленным на кране насосом с приводным ЭД. Мощность электродвигателя насоса может составлять от десятков до сотен кВт.
2. Устройство ГПМ
2.1. Грузовая стрела
Традиционная оснастка грузовой стрелы показана на рис. 13.1.
Шкентель (трос) 9 служит для вертикального перемещения груза, одним концом он
закреплен на барабане лебедки 14 и переброшен через отводной 13 и грузовой 7 блоки. На втором конце шкентеля крепится грузозахватное устройство, обычно гак 12 с балластной грушей 11. Топенант 5 одним концом прикреплен к ноку стрелы 6, а второй конец через топенантный блок 4 крепится к палубе. С помощью лопаря топенанта 1 стрела 8 может изменять вылет или удерживается с различными заданными углами наклона. Нижний конец стрелы шарнирно закреплен подпятником 3 на мачте 2. Оттяжками 11 обеспечивается поворот стрелы вокруг вертикальной оси.
Рис. 13.1. Схема грузовой стрелы
2.2. Грузовая лебедка
Кинематическая схема грузовой лебедки изображена на рис. 13.2.
Рис.13.2. Кинематическая схема грузовой лебедки
Электродвигатель 2, имеющий электромагнитный и механический тормоз 3,
соединен с двухступенчатым редуктором 4. На выходном валу редуктора жестко закреплен турачек 7. Грузовой барабан 5 можно соединять и разъединять с валом редуктора муфтой 6, что позволяет работать турачком независимо от грузового барабана. На грузовой барабан навит трос, который через полиспаст 8 соединяется с гаковой подвеской 9.
2.3. Грузовые краны
В последние годы все чаще на судах применяются так называемые «механизирован-
ные стрелы» или «кран-стрела», имеющие, как и краны, три рабочих движения: подъем (опускание) груза, перенос груза в горизонтальной плоскости при повороте стрелы вокруг вертикальной оси и перенос груза при изменении угла наклона стрелы. Все эти рабочие движения обеспечиваются механизмами, относящимися к оборудованию этой стрелы (грузовой, топенантной лебедками и лебедкой оттяжек). У большинства механизированных стрел оснастка выполняется таким образом, что осуществляются одновременно функции топенанта и оттяжек.
На рис. 13.3 приведены принципиальные схемы расположения грузовых кранов на
современных судах.
Рис. 13.3. Cхема расположения грузовых кранов на судах:
а ) неподвижные краны в диаметральной плоскости; б ) неподвижные краны по бортам;
в ) портальный ( контейнерный ) кран; г ) продольно перемещающийся портал с поперечно перемещающимся краном
Неподвижные полноповоротные краны, устанавливаемые в диаметральной плоско
сти судна (рис.13.3, а), один из самых распространенных и недорогих видов кранов. Однако при большой ширине судна трудно обеспечить требуемый вылет стрелы, поэтому такое расположение кранов обычно применяется для судов малой и средней грузоподъемности.
Смещение стационарных полноповоротных кранов к бортам (рис. 13.3, б) про-
изошло из-за увеличения размеров судов. В этом случае устанавливается двойной комплект кранов, что является существенным недостатком такой схемы.
Передвижные краны в поперечном направлении встречаются весьма редко.
В настоящее время появилось большое многообразие продольно перемещающихся
кранов. Это связано со строительством ряда специализированных судов: контейнеровозов, судов-баржевозов, судов для перевозки больших габаритных грузов и др. На рис. 13.3, в, г показаны схемы судовых продольно перемещающихся портальных кранов.
Принцип работы палубных контейнерных кранов (рис. 13.3, в) такой же, как у бере
говых портальных кранов. На рис.13.3, г показана схема, в которой используется продольно перемещающаяся портальная рама. На верхней части этой рамы устанавливаются направляющие, по которым передвигается кран.
3. Нагрузочные диаграммы электроприводов ГПМ
3.1. Нагрузочная диаграмма при работе одной лебедки
Если в грузовых операциях участвует одна лебедка, то грузоподъемный механизм обеспечивает подъем и спуск груза, а перемещают его за борт или к трюму вручную. Для приема груза с причала стрела выносится оттяжками к борту, после чего стропят груз. В последующем выбирают лебедкой шкентель и переводят стрелу с висящим на ней грузом к люку судна. После этого травят лебедкой шкентель и груз опускается в трюм.
Рис 13.4. Нагрузочная диаграмма электропривода при работе одной лебедки
Работу лебедки в этом случае можно проиллюстрировать диаграммой изменения момента на валу ЭД за цикл погрузки (рис. 13.4 ).
Момент на валу ЭД считают положительным в том случае, когда он совпадает по знаку с направлением вращения ЭД, и отрицательным, когда не совпадает, т. е. ЭД работает в тормозном (рекуперативном) режиме. На диаграмме приняты обозначения: М -статический момент ЭД при подъеме груза; М- то же при спуске груза; М, М - статические моменты соответственно при подъеме и спуске холостого гака; Т - полное время цикла; t, t, t, t- время работы лебедки; t- время перевода стрелы с грузом от борта к люку; t- время освобождения груза от стропов; t- время перевода стрелы с пустым гаком от люка к борту; t - время застропливания ( крепления ) груза.
Нагрузка на валу ЭД лебедки на соответствующих участках цикла определяет-
ся моментами сопротивления.
Момент (Н*м) при подъеме груза
М = ( G + G0 )D/ ( 2iη ),
где G - вес груза, Н; G0 - вес гака, Н; D- диаметр грузового барабана лебедки, м;
ι -передаточное число редуктора; η-- номинальный КПД механизма лебедки.
Момент (Н*м) при спуске груза
M = ( G + G0) Dη/ ( 2i ) = M( 2η - 1 ),
где η= 2 1 / η- КПД лебедки при спуске груза.
Спуск груза происходит при тормозном режиме работы ЭД, поэтому знак мо-
мента принимают отрицательным:
М = М = ( 0,1…0,2 )М,
где М- момент, развиваемый ЭД при подъеме номинального груза G.
При работе одной лебедки перемещение стрелы из одного положения в другое вручную отнимает много времени, поэтому грузовые операции обычно осуществляют при помощи двух грузоподъемных стрел, каждая из которых оборудована отдельной лебедкой ( рис. 13.5 ).
Рис. 13.5. Схема погрузки при помощи двух стрел и двух лебедок
3.2. Нагрузочная диаграмма при работе двух лебедок
В этом случае для приема груза с причала нок одной стрелы располагают над люком трюма, а другую стрелу выводят за борт судна ( рис. 13.5 ). В этом положе-
нии обе стрелы - трюмную и бортовую - раскрепляют неподвижно оттяжками. Концы обеих шкентелей присоединяют к общему гаку.
Работу при погрузке судна ведут в таком порядке:
1. поднимают груз лебедкой бортовой стрелы, вторая лебедка выбирает образующуюся при этом слабину своего шкентеля (рис. 13.5, а);
2. перемещают груз поперек судна, для чего трюмная лебедка выбирает шкен-
тель и подтягивает груз, а бортовая поддерживает его, работая в режиме тормозного травления (рис. 13.5, б );
3. опускают груз в трюм трюмной лебедкой, бортовая же травит свой шкентель вхолостую (рис. 13.5, в);
4. после расстропления груза поднимают холостой гак трюмной лебедкой, а бортовая лебедка в это время выбирает слабину (рис. 13.5, г);
5. перетягивают гак к причалу бортовой лебедкой, трюмная же при этом травит свой шкентель (рис. 13.5, д);
6. опускают гак бортовой лебедкой, а вторая лебедка продолжает травить свой шкентель (рис. 13.5, е).
Рис. 13.6. Нагрузочная диаграмма электропривода при работе двух лебедок на один гак
Цикл заканчивается застропливанием нового груза. Нагрузочная диаграмма ЭП при работе двух лебедок на один гак приведена на рис. 13.6.
3.3. Нагрузочные диаграммы механизмов грузового крана
При выполнении грузовых операций судовым краном его нагрузочные характери
стики представляются работой трех механизмов: механизма подъема, механизма изме-
нения вылета стрелы и механизма поворота. Упрощенная нагрузочная диаграмма рабо
ты всех трех ЭП указанных механизмов при погрузке судна представлена на рис. 13.7.
После застропки груза включают ЭД механизма подъема, который работает с моментом Мна валу в течение времени t, поднимая груз на необходимую высоту выше борта.
В течение времени t работает ЭД механизма изменения вылета стрелы, подни-
мая стрелу с грузом так, чтобы нок стрелы после ее поворота оказался над люком трю-
ма. По мере уменьшения вылета уменьшаются также плечи сил тяжести груза и стрелы, что объясняет уменьшение момента на валу ЭД от значения Мдо значения М.
В период времени t работает ЭД механизма поворота крана, который развивает момент М .
Рис. 13.7. Нагрузочная диаграмма электропривода грузового поворотного крана:
механизмов подъема ( а ), вылета стрелы ( б ) и поворота ( в )
В конце этого периода груз оказывается над люком трюма, куда и опускается в течение времени t при работе ЭД механизма подъема в режиме рекуперативного тор-
можения с моментом M.
После расстропливания груза в трюме ( время t ) холостой гак в течение времени t поднимается ЭД механизма подъема. Момент Mна валу ЭД создается силами трения в передаче.
Далее следует поворот крана с выводом нока стрелы за борт (время t, момент М), опускание стрелы ( время t, уменьшение момента от М до М) и спуск холостого гака (время t, момент М) за новой партией груза.
Застропливанием этого груза в течение времени t заканчивается цикл работы ЭП крана.
4. Условия работы ГПМ
Современный электропривод судовых грузоподъемных механизмов как отечествен-
ный, так и зарубежный изготавливается с использованием специализированных электрических машин и аппаратов, отвечающих особым требованиям эксплуатации.
Специфические условия судовой эксплуатации электрооборудования
грузоподъемных механизмов в основном сводятся к следующим: высокая влажность воздуха вплоть до выпадения росы, высокая температура окружающей среды, качка судна, повышенная вибрация. Все оборудование грузоподъемных устройств, установленное на открытых палубах, должно быть рассчитано на обливание морской водой, а также на кратковременные погружения в волну, заливающую палубу, на возможность обледенения. К оборудованию предъявляются более высокие требования по прочности и коррозийной стойкости.
Главное различие электроприводов судовых грузоподъемных механизмов от берего-
вых заключается в их питании от электростанций соизмеримой мощности. Приходится искать комплексное решение задач по обеспечению стабилизации параметров тока и устойчивости работы электростанции с мощными электроприводами грузовых устройств, а также по выбору наиболее целесообразных электродвигатели и систем управления, позволяющих уменьшить пиковые нагрузки в условиях частой работы в динамических режимах.
5. Режимы работы ГПМ
Электроприводы ГПМ работают в повторно-кратковременном режиме, который в
соответствии с международной классификацией обозначается S3.
Этот режим характеризуется частыми пусками и остановками электродвигателя ГПМ.
В общем виде цикл работы грузовой лебедки состоит из следующих 8 операций:
1. подъем груза;
2. перенос груза в горизонтальной плоскости;
3. опускание груза;
4. расстройка груза;
5. подъем холостого гака;
6. обратное перемещение гака в горизонтальной плоскости;
7. опускание холостого гака;
8. застропка груза.
Грузовые операции могут осуществляться одной лебедкой, двумя лебедками или грузовым краном.
Для обоснованного выбора режима эксплуатации ЭП, а также для выбора ЭД по мощности необходимо прежде всего знать, как изменяется нагрузка на валу ЭД во вре-
мени. С этой целью используют нагрузочные диаграммы, представляющие собой зависимость момента на валу двигателя от времени, т.е. М ( t ).
Ниже рассматриваются нагрузочные диаграммы для таких режимов работы ГПМ:
6. Требования Правил Регистра к электроприводам грузоподъемных механизмов
Аварийные и конечные выключатели
Системы управления грузоподъемных механизмов , работа которых при определен
ных обстоятельствах может угрожать безопасности людей или судна, должны снабжаться кнопками или другими отключающими устройствами ( аварийными выключателями ), обе
спечивающими отключение питания электрического привода.
Эти кнопки и /или другие отключающие устройства безопасности должны быть за
щищены от случайного приведения в действие.
Кнопки или другие отключающие устройства безопасности должны быть располо
жены у постов управления или в других местах, обеспечивающих безопасность эксплуата
ции.
В электрических приводах грузоподъемных механизмов, в которых во избежание
повреждений или аварийных случаев требуется ограничение движения, должны быть пре
дусмотрены конечные выключатели, обеспечивающие надежное отключение электриче-
ского двигателя.
В схемах управления кранами должны быть предусмотрены дверные конечные выключатели, останавливающие привод при несанкционированном проникновении в кабину крана.
Коммутационная аппаратура
Коммутационная аппаратура в цепях электрических приводов, не являющихся одно временно защитным устройством от токов короткого замыкания, должна выдерживать ток короткого замыкания, который может протекать в месте ее установки, в течение времени, необходимого для срабатывания защиты.
Пускорегулирующая аппаратура должна допускать возможность пуска электриче-
ского двигателя только из нулевого положения.
У пускорегулирующей аппаратуры, которая позволяет осуществлять отключение обмоток параллельного возбуждения, должно быть предусмотрено устройство для гаше-
ния поля.
При применении прямого пуска электрических двигателей переменного тока долж-
но быть учтено следующее: кабели, служащие для питания электрических двигателей пере
менного тока с прямым пуском, должны быть рассчитаны, чтобы падение напряжения на клеммах не превышало 25% номинального напряжения.
Для каждого электрического двигателя мощностью 0,5 кВт и более и его пускорегу
лирующей аппаратуры должно быть предусмотрено устройство для отключения питания; при этом, если пускорегулирующая аппаратура установлена на главном или другом рас-
пределительном щите в этом же помещении и обеспечена ее видимость с места установки электрического двигателя, то для этой цели допускается использование выключателя, уста
новленного на щите.
Если требования о расположении пускорегулирующей аппаратуры, изложенные
выше, не выполнены, следует предусмотреть:
.1. устройство, блокирующее выключатель на распределительном щите в выклю-
ченном положении, или
.2. дополнительный выключатель вблизи электрического двигателя, или
.3. такую установку предохранителей в каждом полюсе или фазе, чтобы они мог-
ли быть легко вынуты и вновь вставлены обслуживающим персоналом.
7. Технико-экономические характеристики электроприводов ГПМ переменного тока
Число скоростей
На морских судах ЭП переменного тока комплектуют в основном многоскорост-
ными АД с короткозамкнутым ротором и несколько реже АД с фазным ротором.
Опыт показал, что для грузовых лебедок и подъемных механизмов судовых кра-
нов наиболее рациональными оказались ЭП с 3-скоростными АД, а для механизмов поворота крана и изменения вылета стрелы - 2-скоростными.
Подавляющее большинство 3-скоростных АД выполнено с тремя независимыми статорными обмотками. Однако применяют и 3-скоростные АД с двумя независимыми обмотками, из которых одна- полюсопереключаемая, обеспечивающая при соответст-
вующих соединениях работу АД на малой и средней частотах вращения, а независимая на высокой.
В большинстве 3-скоростных АД схему полюсопереключаемой обмотки изменя-ют по варианту «звезда двойная звезда», с сохранением момента и увеличением скоро
сти в 2 раза. Это позволяет использовать их для подъема груза на всех трех скоростях.
Тип ротора
По конструкции ротора все 3-скоростные АД можно разделить на 1- и 2-ротор-
ные.
Устройство 3-скоростных 1-роторных АД отличается от обычных АД тем, что в па-
зы статора уложены 3 обмотки, причем чем больше полюсов имеет обмотка, тем ближе она расположена к воздушному зазору.
У 2-роторных 3-скоростных АД тихоходный ротор и соответствующий ему па-
кет статора с многополюсной 3-фазной обмоткой размещены со стороны, противопо-
ложной механизму. Быстроходный ротор и статор с двумя электрически несвязанными обмотками расположены со стороны свободного конца вала, т. е. со стороны механизма.
Однороторные АД по сравнению с 2-роторными проще по конструкции, техноло-
гичнее, обладают меньшими габаритными размерами и массой, вполне приемлемым диапазоном регулирования и малыми моментами инерции. Однако по своей теплоемко-
сти они уступают 2-роторным АД, особенно при длительной работе тихоходных обмо-
ток.
Механизмы поворота и изменения вылета стрелы
Электроприводы механизмов поворота и изменения вылета стрелы кранов глав
ным образом укомплектованы 1-роторными 2-скоростными АД с одной полюсопереклю
чаемой или с двумя независимыми обмотками.
Охлаждение электродвигателей ГПМ
Все зарубежные АД оборудованы независимым охлаждением от автономного эле
ктровентилятора, а АД отечественного производства типа МАП охлаждаются с помо-
щью рабочего колеса вентилятора, насаженного на вал (самообдувом).
Входное и выходное отверстие для воздуха в нерабочем состоянии обычно за-
крывают заслонками. Положение заслонок контролируется конечным выключателем, контакт которого включается последовательно с реле нулевой защиты ЭП. С торцовой части, противоположной механизму, к корпусу пристроен дисковый электромагнит-
ный тормоз.
Системы тормозов
В ЭД грузовых устройств используют 2 системы тормозов:
1. пристраиваемые к АД тормоза в основном дискового типа с электромагнит-
ным приводом;
2. колодочные тормоза, устанавливаемые на механизмах и имеющие привод от электрогидравлических толкателей.
Первый тип тормозов применяют в механизмах подъема груза и изменения вылета стрелы крана, а второй тип в механизмах поворота башни крана.
Такое различие объясняется тем, что механизмы подъема груза и изменения выле
та стрелы крана должны тормозиться мгновенно. В то же время механизм поворота баш
ни крана должен тормозиться и растормаживаться с небольшим замедлением, плавно, что позволяет избежать раскачивания груза при затормаживании и растормаживании.
Дисковые тормозные электромагниты бывают постоянного и переменного тока.
Более надежны в работе тормозные электромагниты постоянного тока. Они не столь чувствительны к появлению грязи и коррозии, как электромагниты переменного тока, и лучше приспособлены к частым включениям и отключениям.
Если тормоза постоянного тока применяются в электроприводе ГПМ перемен-
ного тока, то для получения постоянного тока используется трансформаторно-выпря-
мительный блок, при помощи которого переменное напряжение судовой сети понижа-
ется и выпрямляется до 110 В постоянного тока.
Для ускорения срабатывания тормозов постоянного тока применяют форсирова-
ние: в момент включения катушки на нее подают повышенное напряжение, а после сраба-
тывания вводят в ее цепь экономический резистор, снижающий ток катушки до значения, необходимого лишь для удержания притянутого якоря.
8. Пуско-регулирующая аппаратура электроприводов ГПМ
Различают три вида пуско-регулирующей аппаратуры ГПМ:
1. контроллеры;
2. командоконтроллеры;
3. магнитные контроллеры.
Контроллеры коммутационные аппараты ручного действия, предназначенные для коммутации ( переключения ) силовых цепей. К силовым относятся:
ка;
электродвигателей.
Токи в силовых цепах имеют значение от десятков до сотен ампер ( А ).
Командоконтроллеры коммутационные аппараты ручного действия, предназна-
ченные для коммутации цепей управления.
К таким цепям, вне зависимости от рода тока, относятся цепи катушек контакторов и реле.
Токи в цепях управления имеют значение не более одного ампера ( А ).
Магнитные контроллеры это электротехнические устройства, состоящие из магнитной станции и командоконтроллера.
Магнитная станция или, иначе, станция управления, представляет собой металиче-
ский шкаф, внутри которого размещена коммутационно-защитная аппаратура контакторы, реле, предохранители, регулировочные и разрядные резисторы, трансфор-
маторы и выпрямители и т.п. ).
В ЭП грузовых лебедок станции управления имеют брызгозащищенное исполне-
yие ( IP23 ), т.к. они располагаются в стандерсах закрытых помещениях, сверху кото-
рых расположены лебедки.
В ЭП кранов станции управления имеют водозащищенное ( IP44 ) или открытое
( IP00 ) исполнение. Последние устанавливают непосредственно в кабине крана в закрытой выгородке ( машинном отделении ), защищенной от работающего крановщи
ка и от прямого воздействия влаги. Машинное отделение находится в задней части баш-
ни крана. Там же размещены:
1. барабан механизма подъема-спуска груза;
2. барабан механизма изменения вылета стрелы;
3. электродвигатели механизмов подъема-спуска груза, изменения вылета стрелы и
поворота башни крана всего 3 шт.
Во всех случаях в магнитных контроллерах устанавливают керамические рези-
сторы для подогрева воздуха в нерабочем состоянии, что позволяет избежать выпадения конденсата от перепада температур( днем и ночью ) и понижения, по этой причине, сопротивления изоляции электрооборудования внутри шкафа управления.
Командоконтроллеры в зависимости от типа грузового устройства выполняют раздельными или совмещенными. Раздельные командоконтроллеры в основном приме
няют в ЭП грузовых лебедок, а совмещенные - в кранах и механизированных стрелах.
Например, в кабине грузового крана два командоконтроллера:
1. раздельный командоконтроллер механизма подъёма-спуска груза;
2. сдвоенный командоконтроллер механизмов изменения вылета стрелы и поворота крана.
Рукоятка командоконтроллера механизма подъёма-спуска груза имеет два вида движения:
1. «от себя» при спуске груза;
2. «на себя» при подъёме груза.
Этой рукояткой крановщик управляет правой рукой.
Рукоятка сдвоенного командоконтроллера механизмов изменения вылета стрелы и поворота крана имеет четыре вида движения:
Этой рукояткой крановщик управляет левой рукой.
Кроме командоконтроллеров, в кабине крана находятся другие органы управления,
например, выключатель безопасности, предназначенный для аварийной остановки крана,
и некоторые другие. Количество органов управления разное и зависит от конкретной схе-
мы управления краном.
Большинство командоконтроллеров оснащено пружинами возврата рукоятки в нулевое положение, что обеспечивает функцию дополнительной защиты.
Системы управления ЭП лебедок и кранов должны обеспечивать автоматическую задержку времени на промежуточных положениях при разгоне и торможении при помо-
щи реле времени разных типов.
В ЭП грузоподъемных устройств, требующих ограничения движения, должны быть предусмотрены конечные выключатели, обеспечивающие надежное отключение АД. При этом после остановки при вращении в одном направлении АД должен иметь возможность вращаться в обратном направлении.
9. Защитные устройства электроприводов ГПМ
9.1. Основные сведения
Для предотвращения работы оборудования в ненормальных и аварийных режимах применяют следующие виды защитных устройств:
1. от токов короткого замыкания;
2. от токов перегрузки;
3. грузовые;
4. по снижению напряжения ( минимальная ).
9.2. Защитные устройства от токов короткого замыкания
Основными причинами возникновения токов короткого замыкания являются:
обмотки статора закорачивается через корпус ( что равнозначно межвитковому замы-
канию, только через корпус ).
При коротком замыкании образуется замкнутая цепь короткого замыкания, со-
стоящая из последовательно соединенных источника питания ( обмотки статора син-
хронного генератора ), линии электропередачи ( кабеля ) и приемника электроэнергии ( обмотки статора асинхронного двигателя ).
В этой замкнутой цепи ток короткого замыкания в десятки раз превышает но-
минальный, что вызывает выделение большого количества тепла в соответствии с зако
ном Джоуля-Ленца Q = I2 Rt ( Q количество тепла, Дж; I ток короткого замыкания; R сопротивление участка цепи короткого замыкания, например, сопротивление об
мотки статора асинхронного двигателя; t время протекания тока короткого замыкания ). В результате может мгновенно сгореть любой из трех участков цепи короткого замыкания обмотка статора синхронного генератора, линия электропередачи ( кабель ) или обмотка статора асинхронного электродвигателя ).
Отсюда следует, что защитные устройства от токов короткого замыкания долж-
ны срабатывать мгновенно.
В качестве защитных устройств от токов короткого замыкания используют:
1. в силовых цепях - автоматические выключатели и реле максимального тока;
2. в цепях управления - автоматические выключатели и плавкие предохранители.
9.3. Защитные устройства от токов перегрузки
Причиной перегрузки может быть неисправность механизма, тормоза или ис-
пользование другого эксплуатационного режима.
Что считать током короткого замыкания и током перегрузки? Ясно, каждый из этих токов больше номинального. Но во сколько раз?
На этот вопрос четкого ответа теория электропривода не дает. Однако, основы-
ваясь на справочных данных выпускаемых промышленностью защитных устройств от токов перегрузки ( см. ниже ), можно принять, что ток перегрузки это ток, больший номинального, но не превышающий номинальный более чем в два раза.
Ток, больший номинального более чем в два раза это ток короткого замыка-
ния.
В качестве защитных устройств от токов перегрузки используют:
1. тепловые токовые реле, чувствительным элементом которых являются биметаллические пластины;
2. тепловые температурные реле, чувствительным элементом которых являются полупроводниковые приборы терморезисторы, сопротивление которых зависит от температуры.
Эти приборы встраивают в лобовые части обмоток статора асинхронных двигателей непосредственно на заводе-изготовителе электродвигателей.
Следует заметить, что тепловые реле обладают тепловой инерцией,которая объ-
ясняется тем, что для нагрева биметаллической пластины или терморезистора необхо-
димо определенное время ( от нескольких десятков секунд до нескольких минут, в зависимости от типа теплового реле ).
Отсюда следует, что тепловые реле нельзя применять для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания.
Электромагнитные токовые реле срабатывают мгновенно. Их обычно применя-
ют в качестве т.н. грузовых реле, которые при срабатывании переводят электродви-
гатель на ближайшую меньшую скорость.
10.4. Защита по снижению напряжения
Защита по снижению напряжения или, иначе, минимальная защита отключает грузовое устройство при уменьшении напряжения сети ниже заданного. Такое понижение приводит к резкому уменьшению электромагнитного момента, развиваемого электродвигателем, что особенно опасно для электроприводов грузоподъемных меха-
низмов и якорно-швартовных устройств, у которых уменьшение момента двигателя может привести к реверсу электропривода ( вместо подъема начнется спуск ).
В качестве защитных устройств по снижению напряжения используют реле напряжения, которые при снижении напряжения ниже допустимого ( обычно до 60% и менее от номинального ) отпускают свой якорь. В результате схема управления электро
приводом обесточивается, при этом электродвигатель отключается от сети и затормаживается при помощи электромагнитного тормоза.
Для повторного включения электропривода нужно сначала вернуть в нулевое положение рукоятку командоконтроллера, и только затем продолжить работу переводом этой рукоятки в нужное рабочее положение.
10. Тормозные устройства ГПМ
Тормозные устройства предназначены для механического затормаживания вала исполнительного механизма с целью точной остановки механизма и для его удержания в строго фиксированном положении.
На судах тормозные устройства применяют в электроприводах механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести, а именно в грузоподъемных и якорно-швартовных устройствах.
В зависимости от особенностей конструкции, различают три типа тормозных устройств:
1. ленточные;
2. дисковые;
3. колодочные.
Составная часть тормозных устройств тормозные электромагниты различаются:
перемещением якоря до 120 мм ) и короткоходовые ( с горизонтальным перемещением якоря на 3…5 мм ).
Ленточное тормозное устройство показано на рис. 13.8.
Рис. 13.8. Ленточное тормозное устройство:
1 катушка тормозного электромагнита; 2 якорь тормозного электромагнита; 3 стальная тормозная лента; 4 двухплечий поворотный рычаг; 5 груз; 6 тормозной шкив; 7 ось поворота рычага
Тормозная лента 3 охватывает тормозной шкив 6. Оба конца ленты 3 прикреплены к рычагу 4. На ленте с внутренней стороны, обращенной к тормозному шкиву, наклеены фрикционные ( тормозные ) накладки из материала с высоким коэффициентом трения
( ферродо ). Тормозной шкив посажен на вал двигателя.
В исходном состоянии ток в катушке 1 отсутствует, поэтому под действием груза 5 левое плечо рычага опущено, а правое приподнято. В таком состоянии лента 3 плотно охватывает тормозной шкив 6, вал двигателя заторможен.
При протекании тока через катушку электромагнита 1 якорь 2 втягивается внутрь катушки и поворачивает рычаг 4 вокруг оси 7 по часовой стрелке. Тормозная лента ослабе
вает и освобождает тормозной шкив двигатель растормаживается.
В процессе эксплуатации тормозные накладки стираются, поэтому тормозной мо-
мент постепенно уменьшается. Это может привести к тому, что вал двигателя перестанет затормаживаться. В этом случае, до замены накладок, можно вновь увеличить тормозной момент перемещением груза 5 влево.
На судах ленточные тормозные устройства нашли ограниченное применение, в основном, в электроприводах якорно-швартовных устройств.
грузоподъемных и якорно-швартовных устройств.
На судах иностранной постройки применяют однодисковые тормоза постоянного тока, на судах отечественной постройки многодисковые тормоза переменного тока. Принцип действия тормозов постоянного и переменного тока одинаков, хотя их электро-
магнитные системы различны.
Торможение происходит в результате трения вращающихся дисков с наклеенным фрикционным материалом о стальные диски - промежуточные и нажимной. Последние
надеты на штыри, укрепленные внутри корпуса тормоза, и поэтому могут перемещаться вдоль вала двигателя в обе стороны на несколько миллиметров.
Вращающиеся диски надевают на втулки, которые закреплены на валу двигателя. Втулки имеют шлицы, в которые входят зубья на ободе диска. Такой способ соединения
дисков и втулок позволяет быстро снять сработавшийся диск и заменить его новым.
Между корпусом и подвижным сердечником установлена главная тормозная пружи
на, которая в обесточенном тормозе прижимает подвижные тормозные диски к неподвиж
ным и тем самым обеспечивает торможение вала электродвигателя.
При подаче напряжения на катушку электромагнита его якорь притягивается к сердечнику и сжимает пружину. При этом подвижные части тормоза отходят от неподвижных, вал электродвигателя освобождается.
В качестве примера рассмотрим устройство и принцип действия электромагнитно-
го дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3 ( рис. 13.9 ).
Рис. 13.9. Электромагнитный дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3:
1 подшипниковый щит двигателя; 2, 4 втулки; 3 вал двигателя; 5 тормозные диски ( 2 шт .); 6 штыри ( 4 шт. ); 7 фрикционные кольца ( накладки ); 8 промежуточные диски ( 2 шт. ); 9 нажимной диск; 10 регулировочные гайки; 11 кожух тормоза; 12 гайка; 13 главная пружина; 14 штырь; 15 ось эксцентриковой рукоятки; 16 - съемная эксцентриковая рукоятка; 17 упорное кольцо; 18 электромагнитные катушки тормоза; 19 неподвижный диск; 20 Ш-образное ярмо; 21 якорь; 22 коробка выводов; 23 короткозамкнутые витки
Тормоз выполняется в виде отдельного устройства, прикрепляемого к специально
приспособленному для этого подшипниковому щиту 1 асинхронного двигателя со сторо-
ны, противоположной приводному механизму.
На конец вала 3 двигателя напрессована втулка 2 со шлицами на наружной по-
верхности . На этой втулке по шлицам свободно перемещается втулка 4 с двумя тормоз-
ными дисками 5. С обеих сторон каждого диска приклеены фрикционные кольца 7 из материала с высоким удельным коэффициентом трения ( называется «ферродо» ).
В подшипниковый щит запрессованы четыре направляющих штыря 6, на которые
насажены два промежуточных стальных диска 8 и нажимной диск 9. Левый промежуточ-
ный диск 8 находится между торцом фланца двигателя и левым тормозным диском, а пра-
вый - между тормозными дисками 5.
На нажимной диск 9 надавливает мощная пружина 13, которая плотно сжимает все диски и прижимает их к стенке подшипникового щита 1. Поэтому вал двигателя затормо-
жен.
На штырях 6 при помощи гаек 10 закреплен неподвижный диск 19. На нем смонти
рованы четыре электромагнита переменного тока , магнитная система которых состоит из Ш-образного ярма 20, якоря 21 и катушки 18. На крайних стержнях ярма находятся корот
козамкнутые витки 23, предотвращающие вибрацию якорей при протекании переменного тока через катушку. Якоря электромагнитов прикреплены к нажимному диску.
Однофазные катушки соединены попарно-последовательно и включены по схеме открытого треугольника. Такое включение позволяет получить максимальное тяговое уси-
лие. Питание к катушкам подводится через клеммную коробку 22.
Снаружи тормоз закрыт кожухом 11.
При протекании тока через катушки 18, якоря электромагнитов притягиваются к ним. Вместе с якорями перемещается вправо нажимной диск, сжимая при этом пружину.
Промежуточные и тормозные диски раздвигаются, и вал двигателя получает возможность свободно вращаться.
В соответствии с требованиями Правил Регистра, тормоз снабжен устройством для ручного растормаживания вала двигателя. Оно состоит из штыря 14, ввернутого в гайку 12, расположенную с внутренней стороны нажимного диска 9. На выходящем наружу конце штыря на оси 15 закреплена поворотная эксцентриковая рукоятка 16.
Для того, чтобы растормозить вал двигателя, рукоятку перемещают из нижнего в верхнее положение. При этом штырь с гайкой перемещаются вправо, заставляя переме-
ститься в том же направлении нажимной диск. Далее тормоз работает так же, как описано выше при протекании тока через катушки.
По мере эксплуатации тормозного устройства фрикционные кольца стираются, при этом увеличивается ход якоря и уменьшается втягивающее усилие электромагнитов.
Это приводит к нечеткой остановке груза ( проскальзывание после отключения тормоза ), а в случае значительного стирания к тому, что растормаживание двигателя не произойдет.
Если ход якоря больше допустимого, регулируют тормоз таким образом:
верхнее положение;
яние, при котором ход диска будет находиться в пределах, указанных в паспорте тормозно
го устройства;
ние.
При сильных ударах, сопровождающих включение или отключение тормоза, следу
ет ослабить степень сжатия пружины 13 при помощи упорного кольца 17. Через это коль-
цо на резьбе проходит штырь 17. При вращении рукоятки 16 по часовой стрелке кольцо перемещается вправо, разжимая пружину. Положение неподвижного диска 19 при этом не изменяется, т.к. оно зафиксировано при помощи гаек 10. По этой причине не изменяется и ход якоря.
Дисковые тормозные устройства имеют от 2 до 5 тормозных дисков, ход дисков начальный 1…2,5 мм, максимальный ( в результате стирания на дисках тормозного материала ) 2…5 мм.
В процессе ТО тормозов проверяют степень износа и чистоту фрикционных колец,
очищают от грязи внутреннюю часть тормоза при помощи ручного меха. Одновременно
подтягивают болтовые соединения, в трущиеся части добавляют смазку, заменяют диск с изношенными накладками, измеряют сопротивление изоляции ( не менее 1МОм ).
10.4. Колодочные тормозные устройства
Тормозными элементами в колодочных тормозах являются стальной шкив и чугун
ные тормозные колодки с приклепанными к ним фрикционными накладками. Торможение возникает при прижимании тормозных колодок к шкиву с помощью тормозной пружины.
Привод растормаживания бывает двух видов:
1.электромагнитный;
2. электрогидравлический.
Рассмотрим поочередно оба вида тормозов.
Колодочный тормоз с электромагнитным приводом
Устройство колодочного тормоза с электромагнитным приводом показано на рис.
13.10.
Рис. 13.10. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом:
1 тормозной электромагнит; 2 пружина; 3 тормозной шкив; 4 рычаги; 5 тормозные колодки; 6 винт; 7 регулировочная гайка
Этот тормоз состоит из основания, на котором закреплены на осях два рычага 4. К средней части к рычагам прикреплены на осях чугунные тормозные колодки 5 с приклё-
панными к ним изнутри фрикционными накладками Эти колодки прижаты к поверхности стального тормозного шкива 3. Шкив 3 закреплен на шпонке на валу электродвигателя.
Рычаги 4 в верхней части имеют сквозные отверстия с прямоугольной резьбой, че-
рез которые проходит горизонтальный шток тормозного электромагнита в виде винта 6. Внутри отверстий нарезана резьба с разным шагом в одном отверстии с левым, в другом с правым.
На винт надета мощная цилиндрическая пружина 2, концы которой соединены с каждым рычагом при помощи двух полуосей.
В исходном состоянии ток в катушке электромагнита отсутствует и пружина сжата
с определенным усилием. Это усилие через рычаги передается на тормозные колодки, ко-
торые плотно прижимаются к поверхности тормозного шкива, вал двигателя заторможен.
При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь электромагнита втягивается и заставляет винт 6 повернуться на несколько оборотов. При этом верхние концы рычагов 4 раздвигаются ( т.к. отверстия в них имеют разную резьбу левую и правую ) и освобождают тормозные колодки 5. Пружина растягивается и усилие в ней возрастает. Тормозные колодки освобождаются, вал двигателя оттормаживается.
При снятии напряжения, винт под действием пружины поворачивается в обратном направлении, рычаги 4 возвращаются в исходное состояние и прижимают тормозные колодки к поверхности стального шкива.
Для регулирования тормозного момента служит гайка 7 на правом конце винта 6.
Колодочные тормозные устройства выпускаются с электромагнитами постоянного и переменного тока. В зависимости от типа устройства, диаметр тормозного шкива состав-
ляет d = 100…700 мм, максимальный ход тормозных колодок h = 3…4,5 мм, тормозной момент Mт = 11…8000 Нм.
Область применения на судах: электроприводы якорно-швартовных устройств и
грузоподъемных механизмов. В последних дисковые тормоза применяют в механизмах
подъема груза и изменения вылета стрелы крана, которые требуют резкой остановки этих механизмов.
В то же время для механизма поворота башни крана применяют колодочные тормоза с электрогидравлическим приводом, которые обеспечивают плавное растормажи-
вание и затормаживание башни крана, что позвояет избежать раскачки груза при трогании башни крана или ее остановке ( см. ниже ).
Колодочный тормоз с электрогидравлическим приводом
Этот тормоз содержит электрогидравлический толкатель, в котором перемещение исполнительного органа ( штока ) происходит под давлением масла.
В судовых электроприводах применяются электрогидравлические толкатели серии
ТГ ( рис. 13.11 ).
Рис. 13.11. Электрогидравлический толкатель:
1 асинхронный двигатель; 2 корпус толкателя; 3 поршень; 4 цилиндр; 5
- верхняя крышка; 6 промежуточная крышка; 7 шток; 8 каналы в корпусе толкателя; 9 центробежный насос; 10 клеммная колодка двигателя; 11 кабельная воронка
Устройство толкателя
В нижней части толкателя находится асинхронный двигатель 1 с короткозамкну-
тым ротором, погруженный в трансформаторное масло. Выводы обмотки статора двигате-
ля подключены изнутри к клеммной колодке 10, а питание к ней подводится через кабель
ную воронку 11.
К верхнему фланца двигателя прикреплен толкатель 2, корпус которого заполнен-
ный маслом. В нижней части корпуса расположено колесо 9 центробежного насоса, закрепленное на валу двигателя.
В корпус толкателя встроен цилиндр 4, внутри которого находится поршень 3 со
штоком 7. Верхний конец штока имеет квадратную головку, при помощи которой шток связан с приводом колодочного тормоза ( привод показан на рис. 77 ).
Сверху цилиндр закрыт промежуточной крышкой 6, на которую опирается цилинд
рическая головка 5. Крышка 6 имеет отверстия, через которые цилиндр 4 сообщается с вертикальными боковыми каналами 8.
Цилиндр 4, каналы 8 и нижняя часть корпуса толкателя заполнены трансформатор-
ным маслом марки АМГ-10.
В исходном состоянии на шток 7 со стороны пружины колодочного тормоза дейст-
вует сила, направленная сверху вниз. Поэтому шток 7 и поршень 3 занимают положение, изображенное на рисунке.
Принцип действия толкателя состоит в следующем.
При включении асинхронного двигателя центробежный насос 9 начинает вращать
ся и нагнетает масло под поршень 3. Поршень со штоком за счет избыточного давления перемещаются вверх. Масло, находящееся над поршнем, вытесняется через отверстия в крышке 6 в каналы 8 и далее засасывается под центробежное колесо насоса.
В результате поршень и шток поднимаются в крайнее верхнее положение и останав
ливается. Перемещение штока приводит к перемещению колодок тормоза и освобожде-
нию тормозного барабана.
В дальнейшем, при работе насоса давление масла на поршень не изменяется вслед-
ствие перепуска масла из верхней части цилиндра в нижнюю часть корпуса толкателя.
При отключении электродвигателя насос останавливается, а поршень со штоком опустятся вниз по действием пружин колодочного тормоза и собственного веса. При этом масло из полости над поршнем перетекает в полость под ним.
Из сказанного следует, что в электрогидравлическом толкателе перемещение штока происходит плавно как при растормаживании, так и при затормаживании. Поэтому элект-
рогидравлические толкатели применяют вместес колодочными тормозами ( см. ниже ) в
механизмах поворота башни крана. В этом механизме плавное растормаживание и затор-
маживание башни крана позволяет свести к минимуму раскачивание груза.
Рассмотренное устройство не позволяет регулировать время подъема и величину перемещения штока, что может понадобиться, например, вследствие стирания тормозных накладок на колодках. При необходимости такого регулирования толкатель дополняют дроссельным клапаном, ход и положение которого можно регулировать.
Электрогидравлические толкатели применяются в колодочных тормозах с электро-
гидравлическим толкателем ( рис. 13.12 ).
Рис. 13.12. Колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем:
1 тормозной шкив; 2 колодки; 3 рычаги; 4 шток толкателя; 5 пружина.
При включении электродвигателя насоса толкателя шток 4 перемещается вверх и поворачивает Г-образный рычаг. В результате этого пружина 5 сжимается и освобождает колодки, двигатель растормаживается.
Как следует из приведенного выше описания принципа действия толкателя, растор
маживание и затормаживание колодок происходит не сразу, а постепенно, что обеспечива
ет плавность движения колодок. Поэтому толкатели особенно часто применяют в механиз
мах поворота башни крана, чтобы избежать раскачки груза, которая неизбежно возникает при резком растормаживании или затормаживании башни крана.
Промышленные типы электрогидравлических толкателей
Электрогидралические толкатели выпускаются нескольких типов с номинальными усилиями 25, 50 и 80 кгс и ходом штока соответственно 32, 50 и 50 мм. Соответственно время подъема штока не превышает 0,35, 0,5 и 0,55 с, время опускания 0,3, 0,37 и 0,37 с; объем масла 1,8, 3,5 и 5,0 л; мощность асинхронного двигателя напряжением 220 / 380 В 0,11, 0,2 и 0,2 кВт.
11. Системы управления электрическими палубными кранами
11.1. Система управления электроприводом механизма подъема грузового крана фирмы «Сименс»
Основные сведения
Грузовые краны предназначены для перемещения груза в трёх плоскостях и поэтому имеют три механизма:
Все три механизма размещены на поворотной башне крана. Башня крана имеет два
отдельных помещения: кабину крана спереди башни и машинное отделение с обратной стороны.
В кабине находятся органы управления механизмами крана - командоконтроллеры.
Таких контроллеров два: контроллер механизма подъёма-спуска груза и сдвоенный контроллер механизмов изменения вылета стрелы и поворота крана.
Рукоятка контроллера механизма подъёма-спуска груза имеет два вида движения:
«от себя» при спуске груза и «на себя» при подъёме груза.
Этой рукояткой крановщик управляет правой рукой.
Рукоятка сдвоенного контроллера механизмов изменения вылета стрелы и поворо-
та крана имеет четыре вида движения:
Этой рукояткой крановщик управляет левой рукой.
Кроме командоконтроллеров, в кабине крана находятся другие органы управления,
например, выключатель безопасности, предназначенный для аварийной остановки крана,
и некоторые другие. Количество органов управления разное и зависит от конкретной схе-
мы управления краном.
В машинном отделении, находящемся в задней части башни крана, находятся стан-
ции управления механизмами крана.
Внутри станций находятся коммутационно-защитные аппараты - контакторы, реле, автоматические выключатели, а также выпрямительные мостики, резисторы, конденсато-
ры и т.п.
Для подвода напряжения судовой сети к крану служат три или более колец, распо-
ложенные снаружи цилиндрической тумбы крана. Эти кольца защищены кожухом от попа
дания влаги.
На кольцах установлены щётки, через которые напряжение судовой сети при помо-
щи кабеля передаётся в машинное отделение.
Стандартные устройства безопасности
Существуют международные стандарты на устройства безопасности кранов.
Как правило, эти устройства ограничивают в безопасных пределах перемещение рабочего органа каждого из трёх механизмов
Например, механизм изменения вылета стрелы должен иметь два конечных выклю-
чателя, прекращающих движение стрелы при подходе к крайним верхнему или нижнему
положениям стрелы.
Кроме того, в этом механизме применяется третий конечный выключатель, прекра-
щающий опускание стрелы крана, когда стрела коснётся гака. В таком положении вес стрелы добавится к весу груза, при этом грузовой канат оборвётся.
Механизм поворота крана также имеет два конечных выключателя, прекращающих движение башни крана при подходе к крайним левому или правому положениям при углах поворота башни крана до 180º.
Если угол поворота башни крана не ограничен, т.е. составляет 360º, конечные вы-
ключатели не применяются.
Механизм подъёма-спуска груза имеет два конечных выключателя, прекращающих
движение грузового каната с грузом или без него.
Первый конечный выключатель срабатывает при подъёме, когда при намотке на барабан выбрана слабина грузового каната. Продолжение работы двигателя приведёт к тому, что гак упрётся в нок стрелы. В таком положении к разрывному усилию в канате, созданному весом груза, добавится усилие, созданное электромагнитным моментом двигателя при его остановке. Канат может оборваться.
Второй конечный выключатель срабатывает при спуске, когда после полной смот-
ки с вращающегося барабана грузовой канат начнёт навиваться на него в обратном направ
лении с перехлёстами и изломами.
Дверь кабины связана с конечным выключателем, который отключает питание кра-
на, если дверь кабины открыта.
Внутри кабины находится выключатель безопасности, применяемый для аварийной остановки крана.
Кроме перечисленных устройств безопасности, применяются ограничители веса груза. Эти ограничители предназначены для запрета подъёма груза, большего нормы.
В дополнение к этим обязательным устройствам безопасности, отдельные фирмы-изготовители кранов могут применять и другие.
Принципиальная схема управления электроприводом механизма подъёма крана
Принципиальная схема управления электроприводом механизма подъёма крана приведена на рис. 13.13. На рис. 13.14 показана общая для трёх механизмов схема включе
ния электромагнитных тормозов.
Основные элементы схемы управления электроприводом механизма подъёма крана
К основным элементам силовой части схемы относятся( рис. 13.13 ):
Рис. 13.13. Схема управления механизмом подъема груза грузового крана
обмоток статора электродвигателя механизма подъёма ;
слу скоростей;
корпуса электродвигателя М1;
обмотки статора электродвигателя М2;
щиты от токов перегрузки обмотки статора электродвигателя М2.
К основным элементам схемы управления относятся:
1. FU два предохранителя, для для защиты от токов короткого замыкания
катушки KV независимого расцепителя выключателя QF1;
2. 1SQ5 конечный выключатель дверей кабины; его контакт замкнут, если дверь кабины закрыта, и наоборот;
катушек электромагнитных тормозов ( см. рис. 13.14 );
6. 1SQ4 конечный выключатель воздушной заслонки вентилятора; замкнут, если заслонку открыть; для запрета работы двигателя на 2-й и 3-й скорости при закрытой заслонке;
обмотки статора 1-й скорости, для защиты этой обмотки от токов перегрузки;
жения судовой сети до 60% и менее;
резистора в цепь катушки электромагнитного тормоза;
при срабатывании тормоза, для запрета включения 2-й и 3-й скоростей, если тормоз не сработал;
тактора КМ1 «Подъём»;
тора КМ2 «Спуск»;
грузовой барабан, для отключения двигателя при подходе гака к ноку стрелы;
грузовой барабан, для отключения двигателя при остающихся 2-3 шлагах троса на барабане;
ном торможении;
электромагнита;
тора;
обмоток статора 2-й и 3-й скорости, для защиты этих обмоток от токов перегрузки;
скорости на 2-ю или 3-ю после того, как эти скорости были отключены тепловым реле SK2.
Основные элементы схемы подключения электромагнитных тормозов
К основным элементам схемы относятся ( рис. 13.14 ):
Рис. 13.14. Схема включения катушек электромагнитных тормозов крана
катушек электромагнитных тормозов;
кания в цепях катушек электромагнитных тормозов;
работе;
её отключении;
стрелы;
работе;
её отключении;
работе;
её отключении.
Для подготовки схемы к работе необходимо:
при этом появится напряжение на линейных проводах А, В, С;
заслонки замкнётся;
конечного выключателя двери замкнётся;
сти установить каждую в нулевое положение;
расцепителя автоматического выключателя QF1 появится напряжение;
включенным, пока есть ток в катушке KV;
В нулевом положении рукоятки командоконтроллера замкнут контакт SA1.
После выполнения этих действий образуются цепи 6-ти катушек:
Цепь катушки контактора КМ6:
линейный провод С правый контакт QF1 1SQ4 КК катушка КМ6 QF4
cредний контакт QF1 - линейный провод В.
Контактор КМ6 включается, замыкает главные контакты, при этом включается
двигатель вентилятора М2, и вспомогательный в цепи катушек контакторов второй и тре
тьей скоростей КМ4 и КМ5, подготавливая эти контакторы к последующему включению.
Цепь катушки реле напряжения KV1:
линейный провод С правый контакт QF1 1SQ4 контакт SA1 командоконтрол
лера катушка КV1 QF4 cредний контакт QF1 - линейный провод В.
Реле KV1 включается и замыкает два контакта:
После замыкания нижнего контакта KV1 образуются цепи катушек экономическо-
го контактора 1КМ8, контактора 1-й скорости КМ3, реле времени КТ1 и блокировочного реле KV4.
Цепь катушки экономического контактора 1КМ8:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 - 1SQ3 катушка 1КМ8 QF4
левый контакт QF1 - линейный провод А.
Контактор 1КМ8 включается, при этом:
торов KV2 «Подъём» и КV3 «Спуск», подготавливая их к последующей работе;
и КМ5, тем самым не позволяя двигателю работать на 2-й и 3-й скорости в случае, если тормоз не растормозится;
электромагнитного тормоза YB1 ( рис. 143 ), которые шунтируют экономический рези-
стор R1.
Цепь катушки контактора 1-й скорости 1КМ3:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 КМ4 КМ5 - катушка КМ3
левый контакт QF1 - линейный провод А.
Контактор КМ3 включается, замыкает главные контакты в цепи обмотки статора
1-й скорости ( но двигатель не включается, т.к. выше разомкнуты контакты реверсивного контактора КМ1 ( или КМ2 ) и вспомогательный в цепи подачи переменного напряжения на вход выпрямительного мостика UZ.
Параллельно катушке КМ3 включено реле времени КТ1, которое размыкает кон-
такт КТ1 в цепи катушек реверсивных контакторов КМ1 и КМ2.
Цепь катушки блокировочного реле KV4:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 контакт тормозного контактора
1КМ7 катушка KV4 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Реле KV4 включается и замыкает два контакта:
Схема готова к работе.
Таким образом, в исходном состоянии включены 3 контактора вентилятора КМ6,
экономический 1КМ8, 1-й скорости КМ3 и три реле напряжения KV1, времени КТ1 и блокировочное KV4.
Работа схемы
Алгоритм работы схемы
Алгоритм работы схемы крайне прост:
реверсивный ( КМ1 «Подъём» или КМ2 «Спуск» ), контактор 1-й скорости КМ3 и тормозной контактор 1КМ7;
включиться КМ4; реверсивный и тормозной контакторы остаются включёнными;
включиться КМ5; реверсивный и тормозной контакторы остаются включёнными.
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении
«Подъём».
1 скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера из нерабочего положения «0» в рабо-
чее «1» размыкается контакт SA1 и замыкается SA2.
Размыкание контакта SA1 не отключает реле напряжения KV1, катушка которого
продолжает питаться через контакты SK1 и KV1.
При замыкании контакта SA2 образуется цепь тока катушки реле KV2 “Подъём”:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 контакт экономического контактора 1КМ8 SA2 КМ2 KV3 - катушка KV2 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Реле KV2 включается и замыкает 3 контакта :
При этом образуется цепь катушки контактора КМ1 «Подъём»:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 KV2 1SQ1 KV2 катушка КМ1 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Контактор КМ1 включается, замыкает главные контакты КМ1 в силовой части
схемы, в результате чего питание сети подаётся на обмотку статора 1-й скорости двигате-
ля М1, и два вспомогательных:
разомкнут ;
Через этот второй контакт подаётся переменное напряжение на вход мостика UZ по
цепи:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 КМ1 - KV2 КМ3 нижний вывод мостика верхний вывод мостика - левый контакт QF1 - линейный провод А.
На выходе мостика появляется выпрямленное напряжение, образуется цепь тока
катушки тормозного контактора 1КМ7:
«плюс» на правом выводе UZ замкнутый контакт 1КМ7 катушка 1КМ7 «ми-
нус» на левом выводе UZ.
Контактор 1КМ7 включается, замыкает главные контакты в цепи катушки электро-
магнитного тормоза YB1 ( рис. 143 ), образуется цепь тока катушки YB1:
«плюс» на левом выводе UZ2 1КМ7 - 1КМ8 1КМ8 - катушка YB1 1КМ7 -«ми-
нус» на правом выводе UZ2.
Двигатель растормаживается и включается на 1-й скорости.
Одновременно размыкается вспомогательный контакт 1КМ7 в цепи катушки
1КМ7, при этом последовательно с катушкой вводится экономический резистор R, умень
шающий в ней ток и тепловые потери, и увеличивающий срок её службы.
Если тормоз исправен, подвижный стальной диск внутри корпуса тормоза переме
щается, сжимая мощные противодействующие пружины, и надавливает на конечный вы-
ключатель тормоза 1SQ3, при этом контакт 1SQ3 размыкается, отключая экономический контактор 1КМ8.
Этот контактор:
КМ5, подготавливая эти контакторы к последующей работе;
вательно с катушкой включается экономический резистор R1.
Если тормоз неисправен, контакт 1SQ3 не разомкнётся, контактор 1КМ8 останет-
ся включённым, а контакт 1КМ8 в цепи катушек КМ4 и КМ5 разомкнутым. В результате двигатель не сможет работать на 2-й и 3-й скорости.
В такой ситуации нерасторможенный двигатель, включённый на 1-й скорости, останется стоять под током и будет отключён тепловым реле SK1.
2 скорость
При переводе рукоятки во 2-е положение замыкается контакт SA4, через который образуется цепь катушки контактора 2-й скорости КМ4:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 КМ1 - KV2 KV4 КМ6
1КМ8 SA4 КМ5 катушка КМ4 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Контактор КМ4 включается, при этом:
Одновременно с контактором КМ4 включается реле времени КТ2, катушка которо-
го включена параллельно катушке КМ4. Это реле предназначено для задержки перехода со 2-й скорости на 3-ю.
При отключении реле времени КТ1 его контакт КТ1 в цепи катушки контактора
КМ1 «Подъём» замыкается. Теперь катушка КМ1 питается по двум параллельным цепям:
через контакт KV2, и через последовательно включенные контакты КТ1 и КМ1. Эта последняя цепь используется для получения рекуперативного торможения двигателя ( см.ниже ).
3 скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера замыкается контакт SA5.
Если при переводе времени выдержка реле КТ2 не закончилась, двигатель останет
ся на 2-й скорости, т.к. катушка КМ4 продолжает питаться через контакт SA4, который замкнут как во 2-м, так и в 3-м положении.
Если выдержка времени закончилась, реле КТ2 замыкает контакт КТ2 в цепи катушки контактора 3-й скорости КМ5:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 КМ1 - KV2 KV4 КМ6
1КМ8 SA5 КТ2 - катушка КМ5 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Контактор КМ5 включается, при этом :
Рекуперативное торможение электродвигателя
Рекуперативное торможение один из 4-х видов электрического торможения.
Различают механическое и электрическое торможение.
Под механическим понимают торможение электропривода при помощи тормозных
устройств, принцип действия которых основан на использовании трения.
Механическое торможение обеспечивает полную остановку электропривода и его
фиксацию в заторможенном состоянии. Этот вид торможения применяется в судовых электроприводах, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести грузо
подъёмных и якорно-швартовных.
Под электрическим торможением понимают создание на валу электродвигателя
электромагнитного момента, направленного навстречу вращению якоря ( ротора ). Для электрического торможения применяют специальные узлы в схемах управления электро-
приводами.
Рекуперативное торможение применяется в электроприводах с числом скоростей
2 и более.
Суть рекуперативного торможения состоит в следующем: при переходе с большей
скорости на меньшую, например, с 3-й или 2-й на 1-ю скорость магнитного поля обмотки статора резко уменьшается, а скорость ротора по инерции не меняется. Иначе говоря, ро-тор обгоняет магнитное поле обмотки статора. В результате на валу двигателя возникает тормозной электромагнитный момент, под действием которого скорость ротора начнёт падать. Этот момент исчезнет, когда убывающая при торможении скорость ротора не сравняется со скоростью магнитного поля.
Из сказанного следует, что схема управления при рекуперативном торможении
работает так: при переводе рукоятки командоконтроллера из 3-го или 2-го положения в положение «0» двигатель не отключается, а переводится на 1-ю скорость на небольшое время ( порядка 1 с ). При этом двигатель переходит в режим рекуперативного торможе-
ния, а по истечении времени отключается от сети и затормаживается электромагнитным тормозом YB1.
В данной схеме в узел рекуперативного торможения входят: реверсивный контак-
тор КМ1 «Подъём» ( при работе на спуск контактор КМ2 «Спуск» ), контактор 1-й ско
рости КМ3 и реле времени КТ.
Пусть двигатель работает в направлении «Подъём», включён реверсивный контактор КМ1, цепь катушки которого такая:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 KV2 1SQ1 - катушка КМ1 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
При переходе двигателя с 1-й скорости на 2-ю ( 3-ю ) вспомогательный контакт
КМ4 ( КМ5 ) в цепи катушек контактора 1-й скорости КМ3 и реле КТ1 размыкается.
Поэтому реле КТ1 замыкает свой контакт, через который образуется вторая цепь
катушки КМ1:
линейный провод С правый контакт QF1 KV1 КТ1 KМ1 1SQ1 - катушка КМ1 - левый контакт QF1 - линейный провод А.
Таким образом, контакт КV2 зашунтирован последовательно включёнными контак
тами КТ1 и КМ1.
Торможение начинается с момента перевода рукоятки командоконтроллера из 2-го ( 3-го ) положения в положение «0».
В этом положении разомкнуты контакты SA2 ( SA3 ), SA4 и SA5. Поэтому отключе
ны реле KV2, контакторы КМ4 и КМ5.
Реле KV2 размыкает контакт KV2 в цепи катушки контактора «Подъём» КМ1, одна
ко контактор не отключается, т.к. сохраняется вторая цепь катушка через контакты КТ1 и КМ1.
Контакторы КМ4 и КМ5 замыкают свои контакты в цепи катушки контактора 1-й
скорости КМ3, контактор включается, двигатель переходит на 1-ю скорость. Начинается
рекуперативное торможение.
Одновременно с контактором КМ3 включается реле времени КТ1. Пока выдержка времени этого реле не истекла, через замкнутый контакт КТ1 сохраняется вторая цепь катушки контактора КМ1, поэтому продолжается рекуперативное торможение.
Как только выдержка времени реле КТ1 закончится, контакт КТ1 размыкается, контактор КМ1 отключается, отключая двигатель от питающей сети.
На этом рекуперативное торможение прекращается.
Одновременно с рекуперативным торможением происходило механическое, при помощи электромагнитного тормоза YB1. Поскольку при переводе рукоятки в положение
«0» реле KV2 «Подъём» отключилось ( через контакт SA2 ), его контакт KV2 в цепи питания выпрямительного мостика UZ разомкнулся. Поэтому отключился тормозной контактор 1КМ7, который, в свою очередь, отключил катушку электромагнитного тормоза YB1.
При таком одновременном торможении привод останавливается более резко, чем
при поочерёдном торможении механизма изменения вылета стрелы ( см. ниже ).
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
Для защиты от токов короткого замыкания в цепях обмоток статора двигателя М1
служит автоматический выключатель QF1. При коротком замыкании в любой из 3-х обмоток статора QF1 выключается, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для защиты от токов короткого замыкания в цепи катушки независимого расцепи
теля KV автоматического выключателя QF1 служат предохранители FU. При коротком замыкании в цепи катушки KV предохранители перегорают, QF1 выключается, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для защиты от токов короткого замыкания в цепи обмотки статора двигателя М2
служит автоматический выключатель QF5. При коротком замыкании в обмотке статора QF5 выключается, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для защиты от токов короткого замыкания в цепях катушек контактора вентилято
ра КМ6, реле напряжения KV1 и электромагнитных тормозов YB1, YB2 и YB3 служит
автоматический выключатель QF4. При коротком замыкании в любой из этих цепей QF5 выключается, двигатель отключается от сети ( т.к. отключается реле напряжения KV1 ) и затормаживается.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки двигателя М1 служат тепловые температурные реле SK1 и SK2.
Реле SK1 защищает от токов перегрузки обмотку 1-й скорости, реле SK2 обмотки 2-й и 3-й скорости.
При перегрузке обмотки 1-й скорости реле SK1 размыкает контакт SK1 в цепи катушки реле напряжения KV1. Реле отключается и размыкает оба своих контакта.
При размыкании верхнего контакта ( правее SK1 ) образуется разрыв цепи катушки KV1 во втором месте ( первое разомкнутый контакт SK1 ).
При размыкании нижнего контакта отключается основная часть схемы управления, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Реле SK1 остывает и через 3-4 мин повторно замыкает контакт SK1. Однако реле KV1 не может повторно включиться, т.к. разомкнуты контакты SA1 и верхний контакт KV1.
Для включения KV1 необходимо вернуть рукоятку командоконтроллера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA1.
При перегрузке обмотки 2-й или 3-й скорости двигатель М1 не отключается, а пере
водится на 1-ю скорость ( при условии, что рукоятка командоконтроллера осталась в 3-м положении ).
Рассмотрим работу схемы при перегрузке обмотки 3-й скорости.
При перегрузке обмотки 3-й скорости реле SK2 размыкает контакт SK2, отключая блокировочное реле KV4.
Это реле размыкает два контакта:
Контактор КМ5 отключается, размыкает главные контакты в силовой части схемы
и замыкает вспомогательный в цепи катушки контактора 1-й скорости КМ3. Этот контактор включается, двигатель с 3-й скорости переходит на 1-ю.
Размыкание нижнего контакта KV4 приводит к образованию 2-го разрыва в цепи катушки KV4 ( первый из-за размыкания контакта SK2 ).
Поэтому после остывания реле SK2 и повторного замыкания контакта SK2 реле KV4 не включится из-за разомкнутого контакта KV4 ( левее контакта SK2 ).
Для повторного включения реле KV4 ( т.е. продолжения работы на 2-й и 3-й скорости ) надо дождаться остывания реле SK2 ( 3-4 мин ) и вернуть рукоятку командокон
троллера в нулевое положение. При этом тормозной контактор 1КМ7 отключится и замк-
нёт контакт 1КМ7 в цепи катушки реле KV4.
В результате схема вернётся в исходное состояние ( см. «Подготовка схемы к рабо-
те» ), после чего можно продолжить работу крана установкой рукоятки в нужное положе-
ние.
Аналогично работает схема при перегрузке обмотки 2-й скорости.
Защита по снижению напряжения
Для защиты по снижению напряжения служит реле напряжения KV1.
При снижении напряжения до 60% и менее реле отпускает свой якорь и и размыка-
ет оба своих контакта.
При размыкании верхнего контакта KV1 ток в катушке реле KV1 исчезает.
При размыкании нижнего контакта отключается основная часть схемы управле-
ния, двигатель отключается от сети и затормаживается.
При восстановлении напряжения для включения реле KV1 ( т.е. для продолжения работы ) необходимо вернуть рукоятку командоконтроллера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA1.
Схема вернётся в исходное состояние ( см. «Подготовка схемы к работе» ), после чего можно продолжить работу крана установкой рукоятки в нужное положение.
Под обрывом фазы понимают обрыв любого линейного провода А, В, С.
Такой обрыв приводит к уменьшению вращающего момента двигателя до 66% но-
минального. Это вызывает опрокидывание двигателя, при котором вместо подъёма груза начнется его спуск, что может привести к аварии.
Для защиты от обрыва фазы в схеме управления отдельные её части питаются от всех 3-х фаз.
Например, катушка реле напряжения KV1 питается от линейных проводов В и С.
При обрыве любого из них реле напряжения отключается, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Остальная часть схемы ( ниже катушки KV1 ) питается от линейных проводов А и С.
При обрыве любого из них отключаются включённые в момент обрыва контакто-
ры, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Например, если обрыв произошёл при работе двигателя на 3-й скорости «Подъём»,
когда включены реверсивный контактор КМ1 «Подъём», контактор 3-й скорости КМ5 и тормозной контактор 1КМ7, все три контактора отключаются.
Для продолжения работы надо найти и устранить обрыв фазы.
Блокировки
В схеме управления применяются такие блокировки:
Блокировка по положению двери кабины крана
Для этой блокировки служит конечный выключатель 1SQ5
Если при работе крана открыть дверь кабины, контакт 1SQ5 размыкается, отключая
от сети катушку KV независимого расцепителя автоматического выключателя QF1.
Выключатель QF1 отключается, размыкает 3 контакта в силовой части схемы. При
этом двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для продолжения работы надо закрыть дверь кабины и повторно включить выклю
чатель QF1, после чего перевести рукоятку командоконтроллера в необходимое рабочее положение.
Блокировка по положению воздушной заслонки
Для этой блокировки служит конечный выключатель 1SQ4.
Если при подготовке крана к работе заслонку не открыть, контакт 1SQ4 останется
разомкнутым, поэтому не включатся контактор вентилятора КМ6 и реле напряжения KV1.
Работа механизма подъёма крана станет невозможной.
Для этой блокировки служат конечные выключатели1SQ1 и 1SQ2.
Конечный выключатель 1SQ1 срабатывает при подъёме. Он установлен на ноке стрелы и удерживается в рабочем состоянии при помощи противовеса. Когда гак доходит до противовеса и немного приподнимает его, пружинный механизм размыкает контакт
1SQ.
Контактор КМ1 «Подъём» отключается, размыкает главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный в цепи катушки тормозного контактора 1КМ7. Двигатель
отключается от сети и затормаживается.
Для возобновления работы крана надо потравить грузовой канат, чтобы контакт 1SQ1 замкнулся.
Конечный выключатель 1SQ2 срабатывает при спуске. Когда при смотке троса на барабане останется 1,5…2 шлага каната, его контакт размыкается.
Контактор КМ2 «Спуск» отключается, размыкает главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный в цепи катушки тормозного контактора 1КМ7. Двигатель
отключается от сети и затормаживается.
Для возобновления работы крана надо намотать на барабан несколько шлагов кана
та, чтобы контакт 1SQ2 замкнулся.
Аварийная остановка электропривода механизма подъёма
Для аварийной остановки электропривода механизма подъёма служит аварийный выключатель 1SA в кабине крана.
При угрозе аварии его выключают, отключая от сети катушку KV независимого
расцепителя автоматического выключателя QF1.
Выключатель QF1 отключается, размыкает 3 контакта в силовой части схемы. При
этом двигатель отключается от сети и затормаживается.
Угроза аварии может возникнуть, например, в таких случаях:
заклинивании ) и тем самым остановить механизм подъёма;
низм продолжает работать из-за появления неисправностей в работе схемы.
11.2. Система управления электроприводом поворота грузового крана фирмы «Сименс»
Основные сведения
Механизм поворота крана предназначен для поворота башни крана с грузом.
Особенность схем управления механизмом поворота состоит в том, что они должны обеспечивать плавный разгон и плавную остановку механизма поворота. При резком изменении скорости при пуске и остановке груз станет раскачиваться, что нарушает нормальную работу крана.
Основные элементы схемы управления электроприводом механизма поворота
Рис. 13.15. Схема управления механизмом поворота крана
Силовая часть
К основным элементам силовой части схемы относятся:
обмоток статора электродвигателя М3 механизма поворота ;
ющей переключение при разгоне в такой последовательности: «звезда» - «треугольник» -
«двойная звезда»;
ра двигателя М3 от токов перегрузки при работе в режиме динамического торможения;
динамического торможения двигателя М3;
ния ( включен по схеме однополупериодного выпрямления 3-фазного переменного тока );
ного тока в узле динамического торможения;
короткого замыкания при динамическом торможении;
катушек электромагнитных тормозов YB1, YB2, YB3 механизмов подъема, изменения вылета стрелы и поворота соответственно;
ния катушек электромагнитных тормозов YB1, YB2, YB3;
ных тормозов YB1, YB2, YB3 ( включен по схеме 2-полупериодного выпрямления 1-фаз
ного переменного тока мостик Гретца );
изменения вылета стрелы и поворота соответственно;
для уменьшения нагрева катушек и экономии меди катушек;
YB2, YB3 при их отключении ( тем самым уменьшается опасность пробоя изоляции кату
шек ).
Схема управления
гателя М3 от токов перегрузки;
мического резистора R1;
«треугольник» внутри 1-й скорости, а также для задержки двигателя на 1-й скорости в режиме рекуперативного торможения ( выдержка времени 0,5 с );
ка времени 0,75 с );
ческого торможения ( выдержка времени 1 с );
Для подготовки схемы к работе включают автоматические выключатели QF3 и QF4.
В нулевом положении рукоятки командоконтроллера ( КК ) замкнут контакт SA1. Через него образуется цепь тока катушки реле напряжения KV1:
линейный провод А контакт QF3 контакт SA1 контакт температурного реле
SK катушка KV1 - линейный провод В.
Реле KV1 включается и замыкает два контакта: верхний контакт KV1 шунтирует
контакт SA1, через нижний контакт KV1 подается питание на остальную часть схемы управления.
Через нижний контакт включается экономический контактор 3КМ10 по цепи:
линейный провод А контакт KV1 - контакт экономического выключателя 3SQ3-.
катушка 3КМ10 - линейный провод С
Контактор 3КМ10 включается и замыкает два контакта, которые шунтируют эконо-
мический резистор R1 в цепи катушки электромагнитного тормоза YB3.
Схема готова к работе.
Таким образом, в нулевом положении рукоятки КК включены реле напряжения
KV1 и экономический контактор 3КМ10.
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении
«право».
1-я скорость
При переводе рукоятки КК из нулевого положения в первое размыкается контакт
SA1 и замыкается SA2.
Несмотря на размыкание SA1, реле напряжения KV1 продолжает питаться через
собственный верхний контакт KV1 ( самоблокировка ).
Через контакт SA2 получает питание катушка вспомогательного контактора KV2
«право» по цепи:
линейный провод А KV1 3KM9 SA2 KV3 катушка KV2 - линейный провод
С.
Контактор KV2 включается и переключает свои контакты, два из которых замыка-
ются, а один размыкается.
Верхний контакт KV2 замыкается и шунтирует контакт 3КМ9 в цепи катушки KV2 ( cамоблокировка ).
Средний контакт KV2 в цепи катушки реверсивного вспомогательного контактора KV3 «лево» размыкается, препятствуя случайному включению KV3.
Нижний контакт KV2 замыкается, образуя цепь тока катушки реверсивного контак
тора КМ1 «право»:
линейный провод А KМ8 - KV2 КМ2 3SQ1 катушка КМ1 - линейный про-
вод С.
Контактор КМ1 включается, замыкает главные контакты в силовой части схемы, и
переключает вспомогательные в схеме управления:
Верхний контакт КМ1 замыкается и вместе с последовательно включенным контак
том КТ1 шунтирует контакт KV2. Теперь катушка КМ1 питается как через контакт KV2, так и через контакты КТ1 и КМ1. Тем самым схема питания катушки КМ1 подготовлена к последующему рекуперативному торможению при остановке механизма поворота.
Средний контакт КМ1 в цепи катушки реверсивного контактора КМ2 размыкается,
препятствуя его случайному включению.
Нижний контакт КМ1 замыкается, образуя цепь тока катушки контактора КМ3:
линейный провод А KV1 КМ1 КV4 КМ7 КМ6 катушка КМ3 линейный
провод С.
Одновременно параллельно катушке КМ3 включается катушка контактора КМ4 и
реле времени КТ1 по цепям:
линейный провод А KV1 КМ1 КV4 КМ7 КМ6 КТ1 КМ7 катушка
КМ4 - линейный провод С;
линейный провод А KV1 КМ1 КV4 КМ7 КМ6 КV4 - катушка КТ1 ли-
нейный провод С.
Кроме того, размыкается контакт КМ1 в цепи катушек реле КМ8 и КТ3.
При включении контакторов КМ3 и КМ4 в силовой части набирается схема «звез-
ды» обмотки статора М3.
Через замыкающиеся контакты КМ3 и КМ4 подается питание на выпрямительный мостик UZ3 по цепи:
линейный провод А KV1 КМ1 второй контакт КМ1 КМ3 КМ4 КТ3
верхний вывод мостика UZ3 - нижний вывод мостика - линейный провод С.
С выхода мостика питается катушка тормозного контактора КМ9 по цепи:
правый вывод мостика контакт 3КМ9 катушка 3КМ9 левый вывод мостика.
Контактор 3КМ9 включается, замыкает главные контакты 3КМ10 в цепи катушки
тормоза YB3, двигатель растормаживается и работает на 1-й скорости.
Таким образом, при работе на «звезде» включены контакторы КМ1, КМ3, КМ4, 3КМ9 и реле KV1, KТ1.
Первая скорость используется как предварительная ступень пуска. При этом двига
тель развивает момент меньший, чем необходимо для поворота крана с грузом, но доста-
точный для выбирания люфта механической передачи. Это обеспечивает высокую плавность трогания с места.
По истечении выдержки времени реле КТ1 размыкает контакт в цепи катушки кон-
тактора КМ4, отключая его, и замыкает второй контакт в цепи катушки контактора КМ5.
Контактор КМ3 остается включенным и вместе с контактором КМ5 переключает обмотку статора со «звезды» на «треугольник».
Через замкнувшийся вспомогательный контакт КМ5 включается реле времени КТ2 по цепи:
линейный провод А KV1 3 КМ9 КМ5 катушка КТ2 - линейный провод С.
Таким образом, при работе на «треугольнике» включены контакторы КМ1, КМ3,
КМ5, 3КМ9 и реле KV1, KТ2.
2-я скорость
При переводе рукоятки КК во 2-е положение замыкается контакт SA4. По истече-
нии выдержки времени реле КТ2 оно замыкает контакт КТ2 в цепи вспомогательного контактора KV4 второй скорости.
Контактор КV4 включается, размыкает свой контакт в цепи катушек контакторов КМ3, КМ4, КМ5 и реле КТ1, при этом отключается схема 1-й скорости.
Через второй замыкающий контакт КV4 получает питание катушка контактора КМ7, который замыкает главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный в цепи катушки контактора КМ4. Последний повторно включается и замыкает главные контакты в силовой части схемы, а также вспомогательный в цепи катушки контактора КМ6.
При этом образуется цепь тока катушки КМ6:
линейный провод А KV1 КМ1- второй контакт КМ1 SA4 КV4 КМ3 КМ5
КМ7 КМ4 катушка КМ6 - линейный провод С.
Контактор КМ6 вместе с контакторами КМ4 и КМ7 образует схему «двойной звезды», при этом скорость увеличивается в 2 раза.
Как следует из схемы, пуск автоматизирован при помощи реле времени КТ1 и КТ2. При резком переводе рукоятки из нулевого положения сразу во 2-е первоначально
двигатель включается на «звезде», по истечении выдержки времени реле КТ1 ( 0,5 с ) переходит на «треугольник», а еще через 0,75 с ( выдержка времени реле КТ2 ) на «двойную звезду».
Для плавной остановки привода поворота в схеме используется поочередное реку
перативное и динамическое торможение, обеспечивающее плавное уменьшение скорости поворота перед окончательной остановкой.
Схема при остановке работает так.
При переводе рукоятки КК из 2-го положения в нулевое размыкаются контакты
SA2 и SA4, вследствие чего отключаются контакторы KV2, КМ7, КМ6, КV4.
При отключении КV2 его контакт в цепи катушки реверсивного контактора КМ«право» размыкается, однако катушка КМ1 продолжает питаться через контакты КТ1 и КМ1, т.е. двигатель от сети не отключается.
Вспомогательные контакты контакторов КМ7, КМ6, КV4 замыкаются в цепи катушек контакторов КМ3, КМ4 и реле КТ1, последние включаются.
Двигатель переходит на «звезду» ( см. выше - «1-я скорость» ) и работает в режиме рекуперативного торможения, при котором тормозной момент на валу возникает из-за тго, что скорость ротора ( по инерции ) больше скорости магнитного поля обмотки статора ( ротор обгоняет магнитное поле статора ).
Длительность работы двигателя в этом тормозном режиме определяет реле КТ1.
По истечении выдержки времени контакт КТ1 в цепи катушки контактора КМ1 раз
мыкается, двигатель отключается от сети.
Через замкнувшийся при этом вспомогательный контакт КМ1 получают питание
параллельно включенные контактор динамического торможения КМ8 и реле времени КТ3.
Контактор КМ8 замыкает вспомогательный контакт в цепи катушек контакторов
КМ3 и КМ4, и главные контакты в силовой части схемы. При этом обмотка статора остает
ся соединенной в «звезду», на нее подается постоянный ток с выхода выпрямителя UZ1. Двигатель переходит в режим динамического торможения.
Длительность работы двигателя в этом режиме определяет реле КТ3 с выдержкой
времени 1 с.
Через 1 с реле размыкает контакт в цепи выпрямительного мостика UZ3, при этом
отключается тормозной контактор 3КМ9. Последний размыкает главные контакты в цепи катушки тормоза YB3 ( двигатель тормозится ), и вспомогательный в цепи своей же катушки, а также катушек контактора КМ8 и реле КТ3.
Контактор КМ8 размыкает главные контакты в силовой части схемы, прекращая подачу постоянного тока на обмотку статора, а также вспомогательный в цепи катушек контакторов КМ3 и КМ4. Эти контакторы отключаются, «разбирая» схему «звезды».
Таким образом, обмотка статора полностью отключена ( и от постоянного, и от пе-
ременного токов ), а двигатель заторможен.
Защиты
Для защиты от токов короткого замыкания в цепи обмотки статора двигателя М3 предназначен автоматический выключатель QF3, в цепях автотрансформатора TV2 авто-
матический выключатель QF4, в цепях катушек электромагнитных тормозов YB1, YB2 и YB3 предохранитель FU,
Для защиты от токов перегрузки обмотки статора двигателя М3 служит тепловое
температурное реле SK на терморезисторах.
При перегрузке обмотки реле SK размыкает контакт в цепи катушки реле напряже-
ния KV1. Это реле отключается, размыкает два своих контакта KV1, в результате схема управления обесточивается. Двигатель при этом отключается от сети и затормаживается.
После остывания терморезисторов и замыкания контакта SK повторное включение
реле KV1 и продолжение работы возможно только после перевода рукоятки КК в нулевое положение ( чтобы замкнулся контакт SA1 ).
При возникновении перегрузки по току в процессе динамического торможения тепловое реле КК размыкает свой контакт в цепи катушки контактора динамического торможения КМ8. Последний отключается и размыкает свои главные контакты в силовой части схемы, отключая обмотку статора от выпрямителя UZ1, а также вспомогательный в цепи катушек скоростных контакторов КМ3, КМ4 и тормозного 3КМ9.
В результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
При снижении напряжения до 60% и менее реле напряжения KV1 отпускает свой якорь, оба контакта KV1 размыкаются.
Это реле отключается, размыкает два своих контакта KV1, в результате схема уп-
равления обесточивается.
После восстановления напряжения повторное включение реле KV1 и продолже-
ние работы возможно только после перевода рукоятки КК в нулевое положение ( чтобы замкнулся контакт SA1 ).
Под обрывом фазы понимают обрыв любого линейного провода А, В, С.
Такой обрыв приводит к уменьшению вращающего момента двигателя до 66% но-
минального. Это вызывает опрокидывание двигателя, при котором вместо подъёма груза начнется его спуск, что может привести к аварии.
Для защиты от обрыва фазы в схеме управления отдельные её части питаются от всех 3-х фаз.
Например, катушка реле напряжения KV1 питается от линейных проводов А и В.
При обрыве любого из них реле напряжения отключается, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Остальная часть схемы ( ниже катушки KV1 ) питается от линейных проводов А и С.
При обрыве любого из них отключаются включённые в момент обрыва контакто-
ры, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для продолжения работы надо найти и устранить обрыв фазы.
Блокировки
В схеме управления применяются блокировки по предельному углу поворота “право” и “лево” при помощи конечных выключателей 3SQ1 «право» и 3SQ2 «лево».
При повороте на предельный угол “право” ( 85 - 90º ) выключатель 3SQ1 размыкает свой контакт в цепи катушки реверсивного контактора КМ1 «право». Последний отключа-
ется, размыкает главные контакты в силовой части схемы, а также вспомогательный в це-
пи катушек скоростных контакторов КМ3, КМ4, КМ5, КМ6, КМ7 и тормозного контакто-
ра 3КМ9.
В результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Аналогично работает схема при повороте на предельный угол “лево”, когда размы-
кание контакта 3SQ2 приводит к отключению реверсивного контактора КМ2, скоростных контакторов КМ3, КМ4, КМ5, КМ6, КМ7 и тормозного контактора 3КМ9.
11.3. Система управления электроприводом изменения вылета стрелы грузового крана фирмы «Сименс»
Принципиальная схема управления электроприводом механизма изменения выле-
та стрелы крана приведена на рис. 13.16. На рис. 13.14 показана общая для трёх механиз
мов схема включения электромагнитных тормозов.
Основные элементы схемы управления электроприводом механизма изменения вылета стрелы крана
Рис. 13.16. Схема управления механизмом изменения вылета стрелы крана
К основным элементам силовой части схемы относятся:
обмоток статора электродвигателя;
К основным элементам схемы управления относятся:
1. SK контакт температурного теплового реле, встроенного в лобовую часть
обмоток статора 1-й и 2-й скорости, для защиты этих обмоток от токов перегрузки;
2. KV1 реле напряжения, для остановки электродвигателя при снижении напржения судовой сети до 60% и менее;
нитного тормоза YB2 ( рис. 13.14 ) при работе;
опускания стрелы при укладке её «по-походному»;
между гаком и ноком стрелы;
при опускании - для рекуперативного торможения двигателя;
тормоза ( рис. 13.14 );
Основные элементы схемы подключения электромагнитных тормозов
К основным элементам схемы относятся ( рис. 13.14 ):
1. YB2 катушка электромагнитного тормоза механизма изменения вылета стре-
лы;
работе;
её отключении.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе необходимо:
при этом появится напряжение на линейных проводах А, В, С;
контакта в силовой части схемы и вспомогательный в цепи катушки реле напряжения KV1;
новить каждую в нулевое положение. В нулевом положении рукоятки замкнут контакт SA1.
После выполнения этих действий образуются цепи 2-х катушек:
Цепь катушки реле напряжения KV1:
линейный провод А QF2 SА1 SK линейный провод В.
Реле KV1 включается и замыкает два контакта:
ления.
Цепь катушки контактора 2КМ6:
линейный провод А KV1 - 2SQ3 катушка 2КМ6 линейный провод C.
Контактор 2КМ6 включается, замыкает два последовательно соединённых контакта
в цепи катушки электромагнитного тормоза YB2 ( рис. 13.14 ), шунтируя при этом эконо-
мический резистор R1. В дальнейшем, после замыкания контактов тормозного контактора
2КМ5, на катушку YB2 будет подано полное напряжение с выхода мостика UZ2.
Работа схемы
Алгоритм работы схемы
Алгоритм работы схемы крайне прост:
реверсивный ( КМ1 «Выше» или КМ2 «Ниже» ), контактор 1-й скорости КМ3 и тормозной контактор 2КМ5;
( с небольшой задержкой ) контактор 2-й скорости КМ4; реверсивный и тормозной контак
торы остаются включёнными.
Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении
«Подъём».
1-я скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера из нерабочего положения «0» в рабо-
чее «1» размыкается контакт SA1 и замыкается SA2.
Размыкание контакта SA1 не отключает реле напряжения KV1, катушка которого
продолжает питаться через контакты QF2, KV1 и SK.
При замыкании контакта SA2 образуется цепь катушки контактора КМ1“Подъём”:
линейный провод А KV1 SA2 - 2SQ2 КМ2 - катушка KМ1 - линейный провод С.
Контактор КМ1 включается и замыкает 3 главных контакта в силовой части схемы
и один вспомогательный, через который образуется цепь катушки контактора 1-й скоро-
сти КМ3:
линейный провод А KV1 КМ1 КМ4 катушка KМ3 - линейный провод С.
Контактор КМ3 включается и замыкает 3 главных контакта в силовой части схемы,
подавая питание на обмотку 1-й скорости, и вспомогательный, через который образуется цепь переменного напряжения на входе мостика UZ:
линейный провод А KV1 - КМ3 нижний вывод выпрямительного мостика UZ верхний вывод UZ - линейный провод С.
При этом образуется цепь катушки тормозного контактора 2КМ5:
“плюс” на правом выводе UZ замкнутый контакт 2КМ5 катушка 2КМ5 «минус» на левом выводе.
Контактор 2КМ5 включается, замыкает главные контакты в цепи катушки электро-
магнитного тормоза YB2 ( рис. 13.14 ) и размыкает вспомогательный, вводя в цепь катуш-
и 2КМ5 экономический резистор R.
Двигатель растормаживается и работает на 1-й скорости.
При растормаживании размыкается контакт 2SQ3, экономический контактор 2КМ6 отключается, размыкает два контакта в цепи катушки YB2 ( рис. 13.14 ), вводя в цепь катушки экономический резистор R1.
Кроме того, через второй вспомогательный контакт КМ3 включается реле времени КТ:
линейный провод А KV1 КМ1 - КМ3 катушка КТ - линейный провод С.
2 скорость
При переводе рукоятки из положения “1” в положение “2” замыкается контакт
SA4.
Если при этом выдержка времени реле КТ не закончилась, двигатель останется на
1-й скорости, т.к. в цепи катушки контактора 2-й скорости КМ4 остаётся разомкнутым контакт КТ.
Если при этом выдержка времени реле КТ закончилась, образуется цепь катушки контактора КМ4:
линейный провод А KV1 КМ1 SA4 КТ катушка КМ4 - линейный провод С.
Контактор КМ4 включается, размыкает вспомогательный контакт в цепи катушки контактора 1-й скорости КМ3, отключая его, и замыкает главные контакты в силовой час-
ти схемы.
Двигатель работает на 2-й скорости.
Кроме того, контактор КМ4 замыкает вспомогательный контакт, который шунтиру
ет контакт КТ в цепи катушки КМ4. Поэтому размыкание контакта КМ3 в цепи катушки КТ, что приведёт к размыканию контакта КТ в цепи катушки КМ4, не вызовет отключе-
ние контактора КМ4.
Рекуперативное торможение
В данной схеме рекуперативное торможение применяется только при работе в направлении “Ниже”.
Цель применения торможения при опускании тяжёлой стрелы уменьшить движе-
ние ( просадку ) стрелы после отключения двигателя.
В состав узла торможения входят реверсивный контактор КМ2 “Ниже”, контактор
1-й скорости КМ3 и реле времени КТ.
Схема управления при торможении работает так: при переводе рукоятки командо-
контроллера из 2-го положения в положение «0» двигатель не отключается, а переводится на 1-ю скорость на небольшое время ( порядка 1 с ). При этом двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, а по истечении времени отключается от сети и затормаживается электромагнитным тормозом YB2.
Узел торможения образуется при переходе двигателя с 1-й скорости на 2-ю.
При таком переходе реле КТ теряет питание ( т.к. отключается контактор КМ3 и
размыкает контакт КМ3 в цепи катушки КТ ) и замыкает контакт КТ, в результате чего образуется вторая цепь катушки реверсивного контактора КМ2:
линейный провод А KV1 КТ КМ2 2SQ1 1SQ1 КМ1 катушка КМ2
линейный провод С.
Первая, основная, цепь, образовалась ещё в 1-м положении рукоятки:
линейный провод А KV1 SA3 2SQ1 1SQ1 КМ1 катушка КМ2 линейный провод С.
Для остановки двигателя рукоятку переводят в положение «0».
Контакт SA4 размыкается, отключая контактор 2-й скорости КМ4. При этом замы-
кается вспомогательный контакт КМ4 в цепи катушки контактора 1-й скорости КМ3.
Контакт SA2 размыкается, однако катушка контактора КМ2 «Ниже» продолжает
питаться через контакты КТ и КМ2 ( параллельно SA3 ).
Через вспомогательные контакты КМ2 и КМ4 включается контактор 1-й скорости
КМ3.
Начинается рекуперативное торможение.
По истечении выдержки времени реле КТ размыкает контакт КТ, контактор
КМ2 «Ниже» отключается и размыкает главные контакты КМ2 в силовой части схемы и вспомогательный в цепи питания выпрямительного мостика UZ. При этом отключается тормозной контактор 2КМ5, его контакты размыкаются и отключают катушку тормоза YB2.
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
Таким образом, в этой схеме электрическое ( рекуперативное ) и механическое тор-
можение происходили поочерёдно сначала электрическое, потом механическое.
При таком торможении привод останавливается более плавно, чем при одновремён
ном торможении привода механизма подъёма груза .
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
Для защиты от токов короткого замыкания в цепях обмоток статора двигателя М1
служит автоматический выключатель QF2. При коротком замыкании в любой из 2-х обмоток статора выключатель QF2 отключается, двигатель отключается от сети и затормаживается.
.
Защита от токов перегрузки
Для защиты от токов перегрузки двигателя М2 служит тепловое температурное реле SK.
При перегрузке обмотки 1-й или 2-й скорости реле SK размыкает контакт SK в цепи катушки реле напряжения KV1. Реле отключается и размыкает оба своих контакта.
При размыкании верхнего контакта ( правее SK1 ) образуется разрыв цепи катуш
ки KV1 во втором месте ( первое разомкнутый контакт SK ).
При размыкании нижнего контакта отключается основная часть схемы управле-
ния, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Реле SK остывает и через 3-4 мин повторно замыкает контакт SK. Однако реле
KV1 не может повторно включиться, т.к. разомкнуты контакты SA1 и верхний контакт KV1.
Для включения KV1 необходимо вернуть рукоятку командоконтроллера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA1.
Защита по снижению напряжения
Для защиты по снижению напряжения служит реле напряжения KV1.
При снижении напряжения до 60% и менее реле отпускает свой якорь и и размыка-
ет оба своих контакта.
При размыкании верхнего контакта KV1 ток в катушке реле KV1 исчезает.
При размыкании нижнего контакта отключается основная часть схемы управле-
ния, двигатель отключается от сети и затормаживается.
При восстановлении напряжения для включения реле KV1 ( т.е. для продолжения работы ) необходимо вернуть рукоятку командоконтроллера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA1.
Схема вернётся в исходное состояние , после чего можно продолжить работу крана установкой рукоятки в нужное положение.
Под обрывом фазы понимают обрыв любого линейного провода А, В, С.
Такой обрыв приводит к уменьшению вращающего момента двигателя до 66% но-
минального. Это вызывает опрокидывание двигателя, при котором вместо подъёма груза начнется его спуск, что может привести к аварии.
Для защиты от обрыва фазы в схеме управления отдельные её части питаются от всех 3-х фаз.
Например, катушка реле напряжения KV1 питается от линейных проводов А и В.
При обрыве любого из них реле напряжения отключается, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Остальная часть схемы ( ниже катушки KV1 ) питается от линейных проводов А и С.
При обрыве любого из них отключаются включённые в момент обрыва контакто-
ры, в результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для продолжения работы надо найти и устранить обрыв фазы.
Блокировки
В схеме управления применяются такие блокировки:
Блокировка по крайнему верхнему положению стрелы
Для этой блокировки служит конечный выключатель 2SQ2.
При подходе стрелы к крайнему верхнему положению контакт 2SQ2 размыкается,
отключая контактор КМ1 «Выше». Стрела останавливается. Однако остаётся возможным опускание стрелы, т.к. замкнут контакт 2SQ1 в цепи катушки контактора КМ2 «Ниже».
Блокировка по крайнему нижнему положению стрелы
Для этой блокировки служит конечный выключатель 2SQ1.
При подходе стрелы к крайнему нижнему положению контакт 2SQ1 размыкается,
отключая контактор КМ2 «Выше». Стрела останавливается. Однако остаётся возможным подъём стрелы, т.к. замкнут контакт 2SQ2 в цепи катушки контактора КМ2 «Ниже».
Блокировка по положению гака относительно нока стрелы
Эта блокировка прекращает опускание стрелы крана, когда стрела коснётся гака. В таком положении вес стрелы добавится к весу груза, при этом грузовой канат оборвётся.
Для этой блокировки служит конечный выключатель 1SQ1, установленный на ноке стрелы.
Выключатель удерживается во включённом состоянии при помощи противовеса.
Когда гак при подъёме груза доходит до противовеса и немного его приподнимает, пружинный механизм отключает 1SQ1, что делает невозможным опускание стрелы.
Если всё же стрелу надо опустить, сначала опускают груз с гаком включением механизма подъёма в направлении на «Спуск», а уже затем опускают стрелу.
Блокировка конечного выключателя крайнего нижнего положения стрелы
После окончания грузовых операций стрелу крана укладывают на подставку ( стой
ку ) «по-походному» и закрепляют её.
Если при опускании стрелы на подставку конечный выключатель 2SQ1 разомкнёт
контакт и отключит контактор КМ2 «Ниже», можно нажать кнопку SB «Блокировка» и
тем самым зашунтировать контакт 2SQ1.
После этого можно продолжить опускание стрелы и уложить её «по-походному».
12.1. Основные сведения
Электрогидравлические приводы стали применять на судах в 60-х 20 столетия, вна-
чале в рулевых устройствах.
Применение электрогидравлических рулевых машин вместо электромеханических
имело ряд преимуществ:
1. значительно сокращение размеров РЭГ-приводов, т.к. электрогидравлические рулевые машины более компактны, чем электромеханические;
2. повышение надежности РЭГ-приводов, т.к. на смену секторным рулевым маши-
нам с червячным редуктором и зубчатым сектором пришли 2- и 4-плунжерные и лопаст-
ные рулевые машины, в которых отсутствуют механические передачи;
3. возможность практически неограниченно увеличивать мощность РЭГ-приводов,
что было особенно важно с началом строительства крупнотоннажных судов;
4. значительное упрощение электрической части схем управления РЭГ-приводов.
пар полюсов;
Этих недостатков лишены электрогидравлические краны.
У таких кранов работу для обеспечения работы всех трех механизмов используется масляные насосы, которые называется гидромоторами. Для привода в действие всх насосов служит один мощный электромотор, который через кардан и редуктор приводит в движение гидромоторы механизмов подъема, изменения вылета стрелы и поворота.
Распределительные устройства этих механизмов управляются при помощи электро
магнитных клапанов.
Чем больше ток в катушке клапана, тем больше подача гидронасоса, тем больше скорость движения механизма крана, например, механизма подъёма груза. Ток в катушке регулируется переменным резистором ( потенциометром ), связанным с рукояткой управ
ления данным механизмом ( «джостиком» ).
Т.о., крановщик, отклоняя рукоятку управления механизмом на больший или мень-
ший угол ( от нулевого положения ), увеличивает или уменьшает скорость движения меха
низма.
Этой же рукояткою задается необходимое направление движения привода, напри-
мер, подъем или спуск груза.
На многих судах для управления кранами используются программируемые логиче
ские системы управления PLC ( РLС от англ. Prorammable Logic Control , в переводе программируемое логическое управление ).
Такие системы предназначены для выполнения 3-х основных функций:
1. управление краном;
2. контроль параметров крана;
3. быстрое изменение параметров крана ( перенастройка параметров ).
При управлении краном система получает все ( входные ) сигналы управления, об
раатывает их в соответствии с программой, заложенной в PLC, и выдаёт соответствующие сигналы на выходные блоки управления.
Одновременно система контролирует параметры крана, выдавая сигнал о выходе
какого-либо параметра ( параметров ) за установленные пределы.
Система способна к изменению программы, что позволяет при необходимости опе-
ративно изменять какие-либо параметры крана.
Конструктивно система управления выполнена в виде модульной стойки ( шкафа ),
состоящей из модулей управления и модулей «вход- выход».
Модули управления предназначены для получения, переработки и выдачи инфор-
мации.
Модули «вход- выход» выполняют две функции:
1. передают сигналы от первичных датчиков в модули управления;
2. передают сигналы из модулей управления к исполнительным органам механиз-
мов крана.
Например, при увеличении веса груза сигнал об этом поступает в модуль управ-
ления, который вырабатывает сигнал на уменьшение скорости перемещения груза и тем самым защищает механизм подъёма от перегрузки.
Кроме того, системы PLC имеют встроенные программы безопасной проверки вхо-
дов системы ( F01 ), безопасной проверки датчиков давления ( F02 ) и другие подобные программы.
Источник питания систем PLC судовая сеть переменного тока. Однако в систе-
мах есть блоки с автономным питанием от кадмиевых батареек. Их надо заменять новыми каждые 5 лет.
12.2. Характеристики и устройство кранов
В зависимости от количества кранов, установленных на поворотной платформе, эле
ктрогидравлические краны бывают двух видов:
Во втором случае на общей платформе устанавливают два однотипных крана.
Рассмотрим характеристики и устройство сдвоенного крана типа 2 КЭГ12018
Сдвоенный электрогидравлический кран 2 КЭГ 12018 состоит из двух одиночных кранов, установленных на поворотной платформе.
Кран может работать в режиме сдвоенного и одиночного кранов. В первом режиме краны синхронно работают на общую траверсу, во втором - они действуют независимо.
Вылет стрелы: наибольший -18м, наименьший - 2,5 м.
Краны имеют две грузоподъемности: сдвоенного крана - 240/96 кН, одиночного кра
на - 120/48 кН ( первая цифра соответствует минимальному вылету стрелы, вторая макси
мальному )..
Скорость работы сдвоенного крана в зависимости от грузоподъемности 2-36 либо 2-72 м/мин.
Скорость изменения вылета стрелы - 24 м/мин.
Скорость поворота сдвоенного крана - 0,6 об/мин, одиночного крана - 1,2 об/мин. Угол поворота: сдвоенного крана не ограничен, одиночного - 200°.
Высота подъема груза при максимальном вылете стрелы - 25м.
Кран может действовать при крене судна до 5° и дифференте до 2°.
Масса крана - 78300 кг.
При работе сдвоенного крана один является ведущим, другой - ведомым.
Управление сдвоенным краном ведется из кабины ведущего. В кабине ведущего крана размещен пульт выбора режимов работы.
Устройство сдвоенного электрогидравлического крана типа 2КЭГ 12018 показано на рис. 13.17.
Поворотная часть крана состоит из стального сварного корпуса и стрелы, навешен-
ной на его шаровые цапфы.
Неподвижная часть состоит из зубчатого колеса и обоймы опорного подшипника, которые соединяются болтами с фланцем фундамента.
В корпусе крана сверху размещена кабина, ниже - машинное отделение. Кабина оборудована двумя пультами управления. Пульт, размещенный справа, предназначен для управления механизмом подъема; пульт слева - для управления механизмами изменения вылета стрелы и поворота.
Через проем задней двери корпуса крана в машинном отделении вверху виден меха
низм изменения вылета стрелы; под ним находится электродвигатель, установленный на крышке масляного бака; внизу слева размещен механизм подъема, находящийся в горизон
тальном положении и справа - вертикально размещенный механизм поворота.
Маслоохладитель гидросистемы крана, если открыть переднюю дверь, виден под механизмом изменения вылета стрелы.
От специальных клапанов, размещенных на крышке маслобака, к гидромоторам всех механизмов крана в машинном отделении проходят трубопроводы и связующие элементы от пультов управления к сервоприводам насосов.
Рис. 13.17. Сдвоенный электрогидравлический кран типа 2КЭГ 12018:
1 - корпус одиночного крана; 2 - стрела; 3 - механизм подъема груза; 4 - механизм изменения вылета стрелы; 5 - пульт управления механизмами поворота крана и изменения вылета стрелы; 6 -пульт управления механизмом подъема груза; 7 - траверса; 8 электро-
двигатель; 9 - насосная станция; 10 - механизм поворота крана.
В центральной части основания ведущего крана установлен маслопереход к гидро-
моторам механизма поворота платформы.
При работе спаренного крана возможен перекос стрел кранов и, как следствие, пере
кос траверсы. При этом нагрузка на механизмы подъема и изменения вылета стрелы кра-
нов, работающих в «спарке», становятся неодинаковыми, что недопустимо.
Поэтому механизмы подъема и изменения вылета стрелы ведущего крана имеют датчики электрической системы синхронизации, которые автоматически одинаковое поло
жение стрел кранов в любой момент времени.
12.3. Управление приводами гидравлических кранов. Станции управления
Для управления приводами кранов используют станции управления, размещенные в машинном отделении крана.
Схема трубопроводов станции управления, размещенных в машинном отделении крана, представлена на рис. 13.18.
Рис. 13.18. Схема трубопроводов, размещенных в машинном отделении электролидравлического крана типа КЭГ 12018.
Схема трубопроводов, размещенных в машинном отделении крана:
1 распределитель управления механизмом изменения вылета стрелы; 2 гидромотор; 3 - гидроцилиндр тормоза; 4 распределитель механизма поворота крана; 5 распредели-
тель разобщения трубопроводов гидропривода механизма поворота крана; 6 - фильтр; 7 - клапан трубопровода соединения масляных баков; 8 - двухскоростной клапан; 9 распре-
делитель управления механизмом подъема груза; 10 - реле давления; 11 челночный кла-
пан; 12 - бак для запасного масла;13 сливной клапан; 14 - сливной бак и 15 специаль-
ный клапан.
12.4. Гидросхемы электрогидравлических кранов
В качестве примера рассмотрим гидросхему сдвоенного крана 2 КЭГ12018
Гидропривод механизма подъема груза оборудован двумя индивидуальными гидроприводами (рис. 13.19 ).
Рис. 13.19. Гидросхема сдвоенного электрогидравлического крана типа 2КЭГ 12018:
1 манометры приводов; 2 манометр системы управления и подпитки; 3 - маслопереход
4 клапанная коробка; 5 - 4-ходовой 3-позиционный распределитель с электрическим управлением механизма; 6 3-ходовой 2-позиционный распределитель; 7 реле давления
8 4-ходовой 3-позиционный распределитель с электрическим управлением механизма подъема; 9 гидроцилиндр ленточного тормоза; 10 - радиально -поршневой 2-скоростной гидромотор 6070; 11 2-скоростной клапан; 12 пневмогидроаккумулятор; 13 специаль
ный клапан; 14 аксиально-поршневой насос АПН-200; 15 сервопривод; 16 обводной трубопровод масляного фильтра; 17 масляный фильтр; 18 масляный насос; 19 бак циркуляционного масла; 20 бак запасного масла; 21 клапан маслоохладителя; 22 мас-
лоохладитель
Каждый такой привод состоит из аксиально-поршневого насоса АПН-200 (поз. 14), радиально-поршневого двухскоростного гидромотора 6070 (поз. 10), специального клапа
на 13, двухскоростного клапана 11, гидроцилиндра 9 нормально-замкнутого ленточного тормоза, четырехходовоготрехпозиционного распределителя с электрогидравлическим управлением 8, реле давления 7 и замкнутой системы трубопроводов.
Для управления гидроприводом к распределителю 8 от системы управления и по-
полнения утечек подведены нагнетательный и сливной трубопроводы.
При нейтральном положении рукоятки пульта распределитель 8 все управление приводом соединяет со сливным трубопроводом, в результате чего двухскоростные клапа
ны отключают гидромоторы, срабатывают тормоза, а насосы переводятся на нулевую по-
дачу.
При переводе рукоятки в один из пазов пульта распределитель 8 электромагнитами устанавливается в одно из рабочих положений.
Если он установлен в правое положение, то масло пойдет в направлении правой стрелки, а левая укажет направление слива. Подача масла в правый трубопровод после срабатывания челночного клапана приведет к растормаживанию гидромоторов и к уста
новке двухскоростных клапанов 11 в левое рабочее положение.
При таком положении двухскоростных клапанов, включаемая вслед за этим подача насосов направляется во все цилиндры гидромоторов.
Плавный перевод рукоятки на себя приведет сначала к страгиванию поднимаемого груза, а затем к постепенному увеличению скорости подъема до наибольшей. Это обеспе-
чивается постепенным переводом рукояткой сервоприводов насосов с нулевой на наиболь
шую подачу.
Возвращение рукоятки в середину паза приводит к уменьшению подачи насосов до нуля и остановке гидромоторов.
Продвижение рукоятки из нейтрального положения по этому пазу от себя связано с изменением направления потока масла и постепенным увеличением скорости спуска груза.
Аналогичные манипуляции рукояткой в другом пазу приведут к подъему и спуску груза при вдвое большей скорости, так как в этом случае подключается одна группа цилиндров и при той же подаче насосов частота вращения гидромоторов увеличивается вдвое. В этом режиме момент уменьшается вдвое.
Так осуществляются два скоростных режима работы крана с грузом 96 кН на скоро
сти до 72 м/мин и с грузом 240 кН на скорости до 36 м/мин.
Оборудование гидропривода изменения вылета стрелы аналогично оборудованию гидропривода механизма подъема. Отличие имеет только распределитель 6. Это треххо-
довый двухпозиционный распределитель с электрогидравлическим управлением.
Управление гидроприводом этого механизма осуществляется с совмещенного пуль
та изменения вылета стрелы и поворота крана.
При управлении вылетом стрелы рукоятка перемещается по продольному пазу.
Рукоятка воздействует на микровыключатель электромагнита распределителя 6 и
сервопривод насоса.
Поскольку гидромотор механизма изменения вылета стрелы работает только на од-
ной скорости, для управления применен двухпозиционный распределитель.
Нагрев масла в этом механизме незначителен. Это дает возможность питание сервопривода насоса осуществлять через специальный клапан.
Гидромашины механизма поворота крана одинаковы с машинами других механиз-
мов. Для поворота крана рукоятка совмещенного пульта перемещается из нейтрального положения в сторону направления поворота по поперечному пазу.
У одиночного либо ведомого крана ею воздействуют на трехходовой двухпозицион
ный распределитель с электрогидравлическим управлением.
В гидроприводе механизма поворота таких кранов вместо двухскоростного клапана применен двухпозиционный трехходовый гидроуправляемый распределитель, обеспечива
ющий разобщение трубопроводов действующего привода и сообщение их при отключе-
нии привода для устранения влияния остаточной подачи насоса.
В механизме поворота ведущего крана для управления применен четырехходовый трехпозиционный распределитель с электрогидравлическим управлением 5.
Электромагниты этого распределителя находятся под воздействием микровключателей пульта управления, конечного выключателя ограничителя поворота одиночного крана и тумблера сдвоенной и одиночной работы кранов.
В состав этого гидропривода введены двухскоростной клапан для обеспечения пе-
реключения насоса на гидромоторы поворота платформы и клапанная коробка 4 для соединения двухскоростного клапана с гидромотором поворота крана, а также защиты гидромотора от перегрузки по давлению после отключения его от насоса.
В режиме одиночной работы крана действует правый электромагнит распределите
ля 5, это означает, что он используется как двухпозиционный распределитель.
Аналогично действует и двухскоростной клапан, включая либо выключая насос от гидромотора.
После срабатывания распределителей рукояткой задается направление и скорость поворота крана.
При работе сдвоенным краном управление ведется левым электромагнитом распре
делителя 5.
Он и двухскоростной клапан механизма поворота платформы действуют как двух
позиционные распределители, обеспечивая включение и отключение подачи насоса на гидромоторы.
Маслопереход 3 несет еще и защитную функцию с помощью предохранительных клапанов, защищая отключенные гидромоторы.
Система управления и подпитки оснащена двумя баками: баком 20 запасного масла и баком 19 циркуляционного масла. В систему масло подает насос 18.
Система оснащена фильтром 17 с обводным трубопроводом 16. Масло в системе охлаждается в маслоохладителе 22, защищенным клапаном 21.
Маслобак 19 для подогрева масла оснащен электроподогревателем с термореле и
защитой по нижнему уровню масла.
В гидросхеме крана применены следующие обозначения:
сервопривод 15, аксиально-поршневой насос 14, специальный клапан 13, двухскоростной клапан 11, гидромотор 10, цилиндр гидротормоза 9, пневмогидроаккумулятор 12, реле дав
ления 7, манометры приводов 1, манометр системы управления и подпитки 2.
Кран имеет несколько защитных устройств.
Минимальный вылет стрелы ограничивается пружинными буферами и конечным выключателем.
Для предотвращения набегания грузовой подвески или траверсы на грузовые блоки нока стрелы применены ограничители, установленные на грузовые канаты.
Угол поворота одиночного крана ограничивается конечными выключателями.
Электрические конечные выключатели применены в защите механизма подъема при предельно вытравленной длине каната и ослаблении каната.
Гидромоторы механизма подъема от перегрузки по давлению защищаются с помо-
щью реле давления.
12.5. Гидросхема грейферного судового крана Либхер
Гидросхема крана представлена на рис.13.20.
Рис. 13.20. Гидросхема грейферного судового крана Либхер
На схеме слева вверху изображена гидросхема механизма изменения вылета стре-
лы. В этом гидроприводе применена открытая система питания.
Снизу слева приведена гидросхема вспомогательных систем гидроприводов крана с шестеренным насосом, состоящим из трех секций. Каждая секция этого насоса имеет отдельный фильтр на всасывающей и нагнетательной линиях.
Левая секция используется для охлаждения масла в маслоохладителе. Средняя сек-
ция служит для обеспечения подпитки гидроприводов подъема, поворота крана и дейст-
вия гидроцилиндров тормозов. Правая - для обеспечения управления сервоприводами насосов регулируемой подачи механизма подъема.
Правее на схеме изображен сдвоенный гидропривод механизма поворота.
На правой стороне рисунка представлено два гидропривода механизма, обеспечива
ющих действие грейфера.
Приводами насосов крана служат два электродвигателя.
Один из них приводит в действие через редуктор аксиально-поршневые насосы ре-
гулируемой подачи механизмов обслуживания грейфера и поворота крана, а также шес-
теренный насос, предназначенный для действия систем управления, подпитки и охлажде-
ния масла.
Второй электродвигатель служит приводом для аксиально-поршневого насоса по
стоянной подачи механизма изменения вылета стрелы.
Для действия охладителя масла используется электроприводной вентилятор. В каче
стве гидромоторов механизмов подъема и поворота применены аксиально-поршневые на-
сосы постоянной подачи. Вылет стрелы изменяется с помощью двух гидроцилиндров двустороннего действия.
Механизм обслуживания грейфера состоит из двух гидроприводов поддерживаю
щего и замыкающего, выполненных одинаково и работающих каждый на два барабана, соединенных валом.
После подготовки крана к работе и его пуска при нейтральном положении рукояток на пультах управления регулируемые насосы наминают работать при нулевой подаче, пускается и шестеренный насос, так как все они приводятся от одного редуктора.
В системе подпитки шестеренным насосом создается давление в 1,5-1,8 МПа, поско
льку на такое давление отрегулированы ее перепускные клапаны.
Через обратные клапаны системы подпитки во всех линиях, насосах и гидромоторах механизмов подъема и поворота создается и поддерживается это давление.
Для подъема рукоятку (рукоятка механически приводит потенциометр) пульта плав
но перемещают в сторону «подъем».
Первым в панели управления срабатывает электровыключатель, включающий по-
следовательно один через другой два контактора. Дальнейшее, перемещение рукоятки при
водит к увеличению тока, протекающего по потенциометру управления, панели управле-
ния к усилителю.
После усилителя ток, пропорциональный величине перемещения рукоятки, то есть пропорциональный заданной скорости подъема, поступает на электромагнит.
В сервоприводе управления люлькой насоса имеются два электромагнита с пружин
ными нагрузочными устройствами для осуществления «подъема» и «опускания» груза.
С помощью рычага определенный электромагнит устанавливает в заданное положе
ние управляющий золотник. Работая с золотником в следящем режиме, гидроцилиндр сервопривода постепенно выводит насос на заданную по величине и направлению подачу.
При «подъеме» подача осуществляется в правую линию. Давление в линии и затор
моженных гидромоторах растет.
Растормаживание для подъема осуществляется в момент, когда давление достигает значения, соответствующего нагрузке гидропривода, то есть веса груза. При этом давле-
нии срабатывает клапан-реле давления.
После срабатывания через его замкнутые контакты и контакты двух контакторов ток поступает в электромагнит распределителя, подключающего гидроцилиндры тормозов на растормаживание, гидромоторы растормаживаются.
Дальнейшее увеличение подачи насоса происходит при продолжении перемещения рукоятки на «подъем». Если рукоятка перемещается плавно, то после «страгивания» груза скорость подъема увеличивается постепенно до заданного значения.
Для исключения перегрузки гидропривода подъема каждая линия снабжена предо
хранительным клапаном.
Чтобы остановить груз, в системе управления выполняются следующие операции.
Рукоятка переводится в нейтральное положение. Электромагнит сервопривода обес
точивается и сервопривод переводит насос на нулевую подачу. Движение груза прекращается.
В нагнетательной линии после этого грузом создается давление, меньшее по сравне
нию с давлением при подъеме.
В электрической системе управления контакты срабатывают на обесточивание элек
тромагнита распределителя действия гидроцилиндров тормозов. Это происходит вслед за выключением электровыключателя системы управления, срабатывания ее контакторов, а также клапана-реле давления.
После обесточивания электромагнита распределителя действия гидроцилиндров тормозов гидроцилиндры переключаются на слив масла. Тормоза закрываются пружина-
ми и груз надежно затормаживается.
В механизме подъема для ограничения выходной мощности применен ограничи-
тель. Цилиндры ограничителя мощности показаны над сервоприводом насоса.
При повышенном давлении шток выдвигается из цилиндра ограничителя и переме
щает сердечник электромагнита в сторону уменьшения напряженности магнитного поля.
В результате этого перемещение золотника распределителя сервопривода уменьша
ется и сервопривод уменьшает подачу насоса и выходную мощность привода.
Для затормаживания груза в механизме подъема также предусмотрена аварийная защита с помощью реле времени. Эта защита срабатывает при появлении неисправностей в системе управления и в насосе.
Кроме аварийной защиты в приводе установлены конечные выключатели на валу барабанов и на ноке стрелы.
С их помощью в первом случае производится затормаживание груза для предотвра
щения сматывания с барабанов каната больше предельной длины, (на барабанах должно оставаться три витка каната), во втором - для избежания попадания подвески в ноковые блоки.
При срабатывании защиты в электрической системе управления также производит
ся переключение для выполнения последующей противоположной операции с грузом.
Для опускания грейфера рукоятка на пульте плавно перемещается в сторону «опу
скания».
До момента растормаживания в системе управления выполняются операции такие же как и при «подъеме», чтобы с помощью клапана-реле давления выполнить растормажи
вание.
После растормаживания контакторами производится переключение потенциометра управления на другой электромагнит сервопривода, сервопривод, отрабатывая новое зада
ние, переводит насос на противоположную по направлению подачу.
Опускание грейфера с этого момента идет с заданной скоростью. Если изменять
при опускании грейфера положение рукоятки, го соответственно будет изменяться и скорость опускания, поскольку гидропривод работает в следящем режиме.
Все изложенное выше относится к механизму, поддерживающему грейфер.
Гидросхема привода этого механизма на рис. 5 справа.
Левее приведена гидросхема замыкающего механизма. Поскольку гидросхемы ме-
ханизмов одинаковы, то одинаковы и их принципы действия и системы управления. Для синхронизации действия гидроприводов подъема при работе на гак используются пере
мычки между линиями одинакового назначения, снабженные распределителями с гидрав
лическим и электромагнитным управлением.
Гидропривод механизма поворота крана, как видно из его гидросхемы, сдвоенный. Поэтому в гидроприводе два одновременно действующие гидромотора. В работаю
щем кране механизма поворота системой подпитки в линиях, насосах и гидромоторах под
держивается давление 1,5-1,8 МПа.
При задании поворота крана, например, вправо, рукоятка плавно поворачивается вправо. После срабатывания электровыключателя включаются три контактора и электро
магнит распределителя подключения на растормаживание тормозов гидромоторов.
Происходит растормаживание гидромоторов, так как в гидроцилиндры тормозов из системы подпитки под давлением поступает масло.
Затем ток после усилителя поступает на электромагниты сервоприводов. Сервопри
воды выводят насосы на заданную подачу. Каждый гидромотор расходует осредненную подачу насосов из-за того, что на нагнетательных и сливных линиях привода сделаны перемычки.
Сервоприводы получают питание из основных линий через челночный и редукцион
ный клапаны. Выходная мощность привода регулируется ограничителем мощности.
Защита привода от перегрузок осуществляется предохранительными клапанами.
Чтобы остановить поворот крана рукоятку переводят в нейтральное положение.
Управление поворотом прекращается.
Потенциометр, усилитель и электромагниты сервоприводов обесточены. Сервопри
воды выводят насосы на нулевую подачу. Поворот крана прекращается.
В момент перехода насосов на нулевую подачу срабатывают их конечные выключа
ели.
После этого в системе управления проходят переключения с целью обесточивания электромагнита распределителя, управляющего тормозами. Обесточивание электромагни
та этого распределителя приводит к переключению гидроцилиндров на слив и затормажи
ванию гидромоторов.
При наличии неисправностей в системе управления насосами срабатывает защита от реле времени.
Для поворота влево рукоятку поворачивают влево. Последовательность работы ме
ханизма поворота крана влево аналогична последовательности работы при повороте вправо.
При неизменном положении стрелы крана насос гидропривода изменения вылета стрелы прокачивает масло через разгрузочный клапан в масляный, бак, обеспечивая его фильтрование.
Чтобы поднимать, стрелу рукоятку управления поворачивают в сторону «подъем стрелы». Электрическая система управления, аналогичная остальным таким системам,
управляет двумя распределителями: вспомогательным и главным, работающими в следя-
щем режиме. Золотник вспомогательного распределителя устанавливается в определенное положение электромагнитами.
Положение главного золотника, следящего за положением вспомогательного, опре
деляет величину расхода масла на действие гидроцилиндров изменения вылета стрелы, то есть определяет величину скорости ее подъема. Разница между подачей насоса и расходом через главный распределитель сливается через перепускной клапан в масляный бак.
Прекращается изменение вылета стрелы после поворота рукоятки управления в ней
тральное положение. При этом обесточивается электромагнит вспомогательного распреде
лителя, его золотник перемещается в среднее положение, в среднее положение переходит и золотник главного распределителя. Масло после этого перепускается в масляный бак и движение стрелы прекращается.
Опускание стрелы и прекращение ее движения выполняются по операциям в систе
ме управления, аналогичным таковым при подъеме стрелы. Надежное торможение стрелы обеспечивается гидроуправляемым тормозным блоком, установленным на выходе из бес-
штоковых полостей гидроцилиндров подъема стрелы.
В случае появления неисправностей в электропитании крана обесточиваются все электромагниты крана, срабатывают тормоза, а все насосы переводятся на нулевую пода-
чу.
Торможение стрелы наступает немедленно при уменьшении давления в линии опу
скания стрелы.
При падении давления в системе подпитки из-за поломки трубопровода либо существенной утечки также срабатывают все тормоза.
12.6. Основные машины электрогидравлических кранов
К основным машинам электрогидравлических кранов относятся лебедки двух видов:
1. грузовые лебедки;
2. лебедки механизма изменения вылета стрелы.
На рис. 13.21 изображена лебедка механизма подъема груза.
Рис. 13.21. Лебедка грузовая электрогидравлического крана
На рисунке: 1 гидротормоз: 2 - стойка; 3 - гидромотор; 4 -канат механизма подъе-
ма груза; 5 - прижимное устройство, состоящее из кронштейнов, рычагов, роликов, пру-
жин и служащее для прижима каната к барабану.
Ролики прижимного устройства имеют разные длины и диаметры. Основной ролик, прижимающий канат к барабану имеет больший диаметр и длину, равную длине барабана.
Он пружинами прижимается к канату и исключает его ослабление
Второй ролик имеет меньший диаметр и длину, равную длине барабана, на которой размещается три последних шлага каната. С помощью этого ролика исключается полное сматывание каната с барабана, поскольку срабатывает защита и прекращает действие лебедки.
Защита срабатывает и при ослаблении каната.
Лебедка механизма изменения вылета стрелы представлена на рис. 13.22.
Здесь позициями 1 помечены: 1 - стойка; 2 - барабан; 3 - гидромотор; 4 - гидротормоз; 5 - прижимное устройство, состоящее из кронштейнов, роликов, рычагов, упора, пружин, фиксирующее канат в ручье барабана.
Рис.13.22.. Лебедка механизма изменения вылета стрелы гидравлического крана:
12.7. Механизм поворота
Как видно из рис. 13.23, механизм поворота установлен на платформе 4 и состоит из гидромотора 5 с ленточным гидротормозом 6, вал-шестерни 3, зубчатого колеса 2 и поворотной опоры 1.
Рис.13.23. Механизм поворота крана:
1 поворотная опора; 2 зубчатое колесо; 3 вал-шестерня; 4 платформа;
5 гидромотор; 6 гидротормоз
Поворотная опора крана (рис. 10) состоит из трех обойм подшипника 1.2 и 3, стяну
тых болтами. В шарикоподшипнике в качестве сепараторов использованы стальные 4 и фторопластовые 5 сегменты.
На опоре на болтах установлено зубчатое колесо 6 механизма поворота крана.
Резиновые уплотнительные кольца, показанные на рисунке двойной штриховкой, защищают подшипник от проникновения в него воды и пыли.
12.8. Подвеска каната
Подвеска, как видно по рис. 13.24, состоит из гака 1, длиннозвенной цепи 2, вертлюга 3 и зажима каната 4.
В вертлюге, состоящем из двух частей, установлен подшипник для обеспечения вращения рым-болта с ушком.
Рис. 13.24. Подвеска каната грузового крана:
1 гак; 2 цепь длиннозвенная; 3 вертлюг; 4 зажим каната
12.9. Поворотная опора крана
Устройство поворотной опоры крана показано на рис. 13.25.
Рис. 13.25. Поворотная опора крана:
1, 2, 3 - обоймы подшипника, стянутые болтами; 4 стальные сегменты сепара-
тора; 5 фторопластовые сегменты сепаратора
12.10. Привод насосов крана
На рис. 13.26 представлен привод насосов, обслуживающих механизмы крана. Этот привод размещен в крышке масляного бака насосной станции. Он состоит из четырех вту-
лочно-пальцевых муфт, передающих вращение от вала электродвигателя валам насосов. Передача вращения, как видно из рисунка, осуществляется с помощью зубчатых полу-
муфт.
Рис. 13.26. Насосная станция гидравлического крана
12.11. Дисковый гидравлический тормоз
На рис. 13.27 представлен дисковый гидравлический тормоз, применяемый на грейферных кранах Либхер.
Рис. 13.27. Гидравлический дисковый тормоз:
1 корпус; 2, 3 - набор дисков; 4 корпус тормоза; 5 поршень; 6 пружины;
7 уплотнительные кольца из фторопласта; 8 манжеты резиновые
Гидравлический тормоз состоит из собственно дискового тормоза и гидравлическо-
го цилиндра.
Дисковый тормоз составлен из корпуса 1 и набора дисков 2 и 3. Тормозные диски 2 имеют внутренние шлицы, лиски 3 - наружные. Боковые поверхности дисков 3 покрыты слоем керамики.
Гидравлический цилиндр тормоза состоит из корпуса 4, поршня 5, в гнездах которо
го размещены пружины 6, обеспечивающие сжатие дисков и, следовательно, торможение барабана.
Уплотнение гидроцилиндра состоит из фторопластовых колец 7 и резиновых ман-
жет 8.
Для растормаживания масло под давлением полается в полость между корпусом 4 и поршнем 5, через отверстие внизу корпуса. Под давлением масла поршень перемещает
ся вправо, сжимая пружины. Сжатие дисков поршнем прекращается, тормоз растормажи-
вается.
При износе манжет появляется утечка масла.
Замасливание дисков тормоза приводит к уменьшению тормозного момента, к сни
жению безопасности работы с грузами при использовании такого крана.
Постепенное обугливание масла вызывает заклинение дисков в шлицах, что также изменяет величину тормозного момента. О состоянии уплотнений гидротормоза судят по подтеканию масла через отверстие в корпусе 1.
При любом упомянутом выше отказе гидротормоз заменяют.
Он снимается и для замены приводной муфты. «Отказавший» гидротормоз ремонтируют для дальнейшего использования.
12.12. Лебедка крана Либхер
Лебедка крана Либхер изображена на рис. 13.28.
Рис. 13.28. Лебедка крана Либхер: 1 гидромотор; 2 тормоз дисковый;
3 редуктор планетарный; 4 корпус лебедки; 5 - барабан лебедки
Основным элементом любой лебедки крана Либхер является барабан 4 (рис. 20) со встроенными внутрь его гидромотором 1, дисковым гидротормозом 2 и планетарным ре-
дуктором 3, размещенными в корпусе 5.
Корпус 4 справа открыт для обслуживания дискового тормоза, обеспечения замены гидромотора и манжеты поршня тормозного цилиндра.
Подача масла к гидромотору осуществляется по шлангу к трубопроводу, показанно
му на рисунке выше гидромотора.
Редуктор заполнен маслом. Заполнение и опорожнение редуктора от масла произво
дится через пробки в корпусе и барабане.
Слева от корпуса видно соединение планетарного редуктора с барабаном. Оно вы-
полнено с помощью винтов.
Слева и справа изображены подшипники барабана. Справа - игольчатый, слева - роликовый.
Лебедки расположены на стреле крана, масло к гидромоторам подводится по шлан
гам, проведенным по стреле.
На кранах грузоподъемностью 350 кН и больше лебедки имеют по два гидромото-
ра.
На кранах грейферного варианта лебедки установлены на платформе.
12.13. Редуктор привода насосов крана Либхер
Для привода в действие всех насосов крана Либхер используется один электромо-
тор ( 13.29 ). Электромотор и редуктор соединены карданом.
На рис. 13.29. снизу в центре изображена полумуфта их соединения. Центральный вал редуктора установлен на роликовые подшипники и имеет шпоночное соединение с шестерней, приводящей в действие все передачи редуктора. Промежуточные шестерни, одинаковые с приводящей, также установлены на роликовые подшипники, используются для привода шестерен, с которыми с помощью шлицов соединяются валы насосов.
Рис. 13.29. Редуктор привода насосов крана Либхер
12.14. Системы управления электрогидравлическими кранами
Системы предназначены для непосредственного управления кранами.
Различают два вида систем:
1. механические;
2. электрические.
В механических системах управления усилием руки приводится в действие механи-
ческая дистанционная передача, состоящая из рычагов, тяг, различных компенсаторов от поста управления к исполнительным элементам системы.
.В электрических системах управления той системе усилием руки осуществляется только включение и выключение выключателей.
Рассмотрим поочередно эти две системы.
12.15. Механическая система управления краном
Механическими системами управления всеми его механизмами оснащены краны С818.
В механических системах управления усилием руки приводится в действие механи-
ческая дистанционная передача, состоящая из рычагов, тяг, различных компенсаторов от поста управления к исполнительным элементам системы. Такими элементами являются золотниковый распределитель управления и золотниковый распределитель сервопривода насоса регулируемой подачи.
Механические системы управления обеспечивают не только действие золотнико-
вых распределителей, но и последовательность их срабатывания, если в системе предусмо
трены блокировки и средства защиты.
Одна из разновидностей механической системы представлена на рис. 13.30 систе-
мой управления механизмами изменения вылета стрелы и поворота крана.
Рис. 13.30. Механическая система управления механизмами изменения вылета стрелы и поворота крана С818:
1 тяги золотников распределителей и сервопривода; 2 пост управления системы
3 рукоятка поста управления в крышке поста; 4 пружинные нуль-установители; 5 тяги распределителя
Пост управления 2 этой системы расположен в кабине крана слева от крановщика
Рукоятка 3 поста управления находится под действием пружинных нуль-установи
телей 4 и располагается в центре крестообразного паза в крышке поста.
Для поворота крана рукоятка переводится из среднего положения влево либо впра-
во по поперечному пазу, поворачивает рычаг и перемещает тягами 1 золотники распреде-
лителя и сервопривода в заданное рабочее положение,
Гидропривод поворота крана выполняет заданный поворот по направлению и вели
чине к моменту возвращения рукоятки в среднее положение.
В такой системе управления крановщик с помощью рукоятки преодолевает сопро-
тивления нуль-установителя, рычажной системы и распределителей.
Для изменения вылета стрелы крановщик перемещает рукоятку по продольному пазу и тягами 5 воздействует на распределитель.
Как видно из рисунка, длина любой тяги может изменяться с помощью талрепа, а шаровые окончания винтов талрепов позволяют рукояткой независимо воздействовать на любой механизм.
Во время регулировки системы в начале в среднее положение устанавливаются все исполнительные элементы и только после этой операции производится соединение их тя-
гами.
Завершается сборка системы надежным шплинтованием всех соединений.
Чувствительность системы управления зависит от ее люфта. В эксплуатации он должен поддерживаться на минимуме.
В эксплуатационных условиях в механических системах управления появляются слабины, деформации рычагов и тяг, ослабления либо разрушения пружин компенсаторов, ослабления крепежных деталей опор и, наконец, люфты во всех шарнирных соединениях.
Все это приводит к разрегулированию системы, увеличению зоны нечувствитель
ности системы и, в конечном итоге, к изменению выходных параметров механизмов крана и, следовательно, к уменьшению производительности крана.
В механической системе управления ограничение вылета стрелы, исключение появ
ления слабины грузового либо топенантного тросов, ограничение длины сматываемого с барабана грузового троса и ограничение поворота крана осуществляются с помощью ку-
лачковых механизмов.
Эти механизмы используются для привода в действии двухпозиционных золотниковых распределителей с пружинным возвратом в исходную позицию. При срабатывании распределителей в гидроприводах осуществляются переключения, обеспечивающие соот-
ветствующую защиту.
Механик, осуществляющий эксплуатацию крана с такой системой управления, дол
жен четко представлять какое влияние может оказывать механическая система управления на выходные параметры гидроприводов крана, на безотказность работы гидроприводов; какие могут появляться в системе неисправности и отказы; как они будут проявляться; каковы причины их возникновения и в какой последовательности вести их поиск.
Очевидно, что система управления при своих неисправностях и отказах приводит к изменению рабочих параметров крана и к его отказам.
Следовательно, поиск неисправностей и отказов крана должен начинаться с провер
ки работы системы управления и устранения в ней неисправностей и отказов.
12.16. Электрическая система управления кранов КЭГ
Электрическими системами управления снабжены краны типа КЭГ.
В таких системах усилием руки осуществляется только включение и выключение выключателей.
Система состоит из выключателей; коммутационной аппаратуры; электромагнитов гидроэлектроманипуляторов; системы дистанционного управления, состоящей из сельси
нов, и конечных выключателей различного назначения.
Электромагнитами этой системы осуществляется управление вспомогательными золотниками гидроэлектроманипуляторов для выполнения гидроуправления основных зо-
лотников.
Гидроэлектроманипуляторы используются для реверсирования и остановки гидро
приводов крана.
Система управления с сельсинами применяется для регулирования подачи аксиаль
но-поршневых насосов. Исполнительные механизмы этой системы, воздействуя на сервоприводы насосов, изменяют их подачу по величине и по направлению.
Конечные выключатели выполняют защитные функции, прерывая электропитание и останавливая действие соответствующих приводов крана.
В эксплуатации электрической системы управления возникают неисправности и отказы, приводящие к неисправностям и отказам крана.
Следует четко различать отказы в системе управления и в гидроприводах механиз-
мов крана. При появлении отказа необходима проверка прежде всего системы управления.
Механик поэтому должен уметь выполнить эту проверку даже при отсутствии соот
ветствующей инструкции.
Рис. 13.31. Схема управления электроприводом гидравлического крана
Схема управления электроприводом каждого крана обеспечивает ( рис. 13.31 ):
1. сигнализацию готовности электропривода к пуску - горят зеленые лампы Л15 (при температуре масла +12°С и выше) и Л17 (при допустимом уровне масла);
2. пуск и остановку электродвигателей 1-М1 (2-М 1) насосной станции и 1-М2 (2-М2) вентилятора при помощи кнопок «Пуск» и «Стоп» щитов 1-ЩПС и 2-ЩПС (здесь и далее первая цифра 1 обозначает принадлежность элемента к первому, а цифра 2 -ко второму из двух спаренных кранов, на схеме рис. 23 эти цифры опущены);
3. пуск и остановку электродвигателя 1-Ml при помощи кнопок КнП2 и КнС2 щита 2-ЩПС при работе крана в сдвоенном режиме.
При ремонтных работах и в аварийных случаях пуск и остановку двигателя можно производить кнопками КнП и КнС, встроенными в станцию управления СУ;
4. невозможность пуска электродвигателя 1-М1 (2-М1) насосной станции при темпе
ратуре масла ниже +12°С и выше +80°С, а также при уровне масла в баке ниже допустимо
го;
5. защиты электродвигателей: от коротких замыканий (автоматическим выключате-
лем на питающем фидере), тепловую (реле РТ) и минимально-нулевую (реле и контакто-
рами, которые отключают схему при глубоком провале до 20 % или исчезновении напря-
жения).
Пуск электропривода
Пуск электропривода осуществляется в следующей последовательности.
После подачи питания и включения автоматических выключателей 1ЩА1-В (2ЩА1-В), 1ЩА2-В2 (2ЩА2-В2), 1ЩА2-ВЗ (2ЩА2-ВЗ), 1ЩА2-В4 (2ЩА2-В4) при температуре масла ниже +12°С через контакт реле-датчика температуры 1-ДРТ2 (2-ДРТ2) получат питание катушка контактора КЛ магнитного пускателя 1-ПМ2 (2-ПМ2) и желтая сигнальная лампа Л16 в щитах 1-ЩПС и 2-ЩПС.
Магнитный пускатель 1-ПМ2 (2-ПМ2) включит подогрев масла с помощью нагре
вателей 1-НМ1 и 1-НМ2 (2-НМ1 и 2-НМ2).
При достижении температуры +12°С и выше контакт датчика-реле температуры 1-ДРТ2 (2-ДРТ2) переключается, разрывая цепь катушки контрактора КЛ магнитного пускателя 1-ПМ2 (2-ПМ2), а также сигнальной лампы Л16 и замыкая цепь сигнальной
лампы Л15 в щитах 1-ЩПС и 2-ЩПС.
При этом электронагреватели масла отключаются.
Если температура масла перед началом работы крана была выше +12°С, то сигналь
ная лампа Л15 загорается сразу после подачи напряжения.
При нажатии кнопки КнП1 щита ЩПС получит питание катушка контактора Y
( «звезда» ) через замыкающий контакт реле ЩУ-РП щита управления, а затем катушка линейного контактора КЛ.
Контакторы Y и КЛ срабатывают и своими главными контактами подключают эле-
ктродвигатель Ml насосной станции к сети по схеме «звезда».
Одновременно замыкаются два вспомогательных контакта КЛ, один из которых шунтирует блок-контакт контактора Y, а второй подготавливает цепь включения катушки контактора Δ ( «треугольник» ).
Кроме того, размыкаются два контакта вспомогательной цепи реле времени РВ1 и РВ2. При этом сначала теряет питание реле РВ1, которое, размыкая с выдержкой времени свой контакт, в свою очередь отключает реле времени РВ2.
Последнее с выдержкой времени размыкает свой контакт в цепи катушки контактора Y. К
Контактор, потеряв питание, размыкает свои главные контакты, отключая схему «звезда».
Размыкание двух вспомогательных контактов контактора Y в цепи собственной катушки и цепи катушки КЛ изменений в схему не вносит, а замыкание блок-контактов Y в цепи катушки контактора Δ вызывает срабатывание последнего и включение обмоток двигателя Ml по схеме «треугольник».
Электродвигатель разгоняется окончательно и работает на своей основной характе
ристике ( обмотка статора двигателя соединена в «треугольник» ).
Выключение электродвигателей насосной станции и электровентилятора осуществ
ляется кнопкой КнС1 щита 1-ЩПС (2-ЩПС).
В сдвоенном режиме возможно выключение электродвигателя 1-М1 кнопкой КнС2 щита 2-ЩПС.
В аварийном случае кнопкой Кн1 включается дистанционный расцепитель ЩА1-В-
ДР автоматического выключателя ЩА1 -В. При этом полностью снимается питание с кра-
на и электродвигатели 1-М1 и2-М1 отключаются.
Если во время работы крана температура масла достигнет +80°С и выше, электро-
двигатели насосной станции и электровентилятора автоматически отключаются датчиком-реле температуры 1-ДРТ1 (2-ДРТ1), который своим замкнувшимся контактом включает реле остановки PC в щите ЩУ, которое, в свою очередь, отключает контактор КЛ схемы управления Ml.
В случае понижения уровня масла в баке ниже допустимого датчик-реле уровня 1-ДРУ (2-ДРУ) включает реле PC, которое также, как при перегреве масла, отключит двига-
тели Ml, M2 и сигнальную лампу Л17.
Система управления гидроприводом сдвоенного крана предусматривает одновре-
менную работу гидроприводов двух грузовых и двух лебедок изменения вылета стрелы.
Поворот сдвоенного крана выполняется гидроприводом общей платформы обоих кранов.
Управление четырьмя гидроприводами лебедок осуществляется из кабины крана № 2 (ведущего). Другой кран является ведомым.
Для синхронизации двух грузовых и двух лебедок изменения вылета стрелы приме
нена сельсинная схема.
На рис. 23, б приведена упрощенная схема синхронизации гидроприводов грузовых лебедок.
Режим сдвоенной работы обеспечивается включением предназначенным для этого выключателем на щите питания.
После его включения контактами реле Р19 будет подано напряжение на обмотки возбуждения сельсинов отсчетного редуктора 2-ОР1, реле Р17 переключит обмотку стато-
ра сельсина исполнительного механизма 1-ИМ2 ведомого крана на обмотки синхрониза
ции сельсина 2-Сс1 поста управления 2-ПУ ведущего крана, а реле Р16 соединит роторную обмотку 1-Сс2 со статором сельсина 1-СсЗ в отсчетном редукторе 1-ОР1.
Кроме того, произойдет отключение гидроманипуляторов поворота кранов, и будет подготовлена к работе цепь включения гидроманипулятора поворота общей платформы кранов.
Поворот рукоятки поста управления 2-ПУ 1 ведущего крана 2, например, на себя приведет непосредственно к смещению золотника сервопривода насоса 2-Н1.
Отработка сервопривода 2-ГУ1 внутри насоса вызовет поворот люльки и подачу масла к гидромотору 2-ГМ1. Грузовая лебедка крана № 2 начинает выбирать трос, подни-
мая гак. Одновременно с рукояткой 2-ПУ1 повернется ротор сельсина 2-Сс1, а вместе с ним и ротор дифференциального сельсина 1-Сс2 в исполнительном механизме 1-ИМ2 крана № 1.
Это вызовет синхронную отработку гидросистемы крана № 1 так же, как это проис
ходило в гидросистеме крана № 2, так как тяга 1-ИМ2 связана с золотником сервопривода насоса 1 -HI.
Обе грузовые лебедки с одинаковой скоростью поднимают свои гаки.
Контроль за синхронностью их работы осуществляют отсчетные редукторы 1-ОР1 и 2-ОР1.
Если частота вращения гидромоторов (а значит, и барабанов) неодинакова, сельси
ны в отсчетных редукторах рассогласуются.
Уравнительные токи в цепях дифференциальных сельсинов 1-СсЗ и2-СсЗ вызовут поворот ротора последнего на некоторый угол вперед или назад. Направление поворота валика 1 -Сс2 будет зависеть от направления рассогласования отсчетных редукторов 2-ОР1 и 1-ОР1.
Если ведомый кран отстает от ведущего, то валик 1-Сс2 повернется на некоторый дополнительный угол вперед по сравнению с заданным рукояткой поста управления 2-ПУ1. Подача насоса 1-Н1 несколько возрастет, что приведет к увеличению частоты вращения гидромотора 1-ГМ1 и связанного с ним барабана лебедки крана 1.
При опережении отработка системы синхронизации будет обратной. Таким путем отсчетные редукторы 2-ОР1 и 1-ОР1 постоянно следят за синхронностью работы грузовых лебедок кранов № 1 и № 2.
Вторая пара сельсинов (1-Сс5 и 2-Сс5), находящихся в отсчетных редукторах, рабо
тает в трансформаторном режиме. Их рассогласование на недопустимый угол вызовет повышение напряжения на обмотке возбуждения сельсина-трансформатора 1-Сс5, которая через потенциометр R1 и выпрямительный мостик подключена к катушке реле Р22.
Контактами последнего электроприводы грузовых лебедок обоих кранов отключа-
ются ( отключающая цепь с контактами реле Р22 на рис.23 не показана).
Приводы останавливаются и затормаживаются.
Для включения их в работу необходимо перейти на режим одиночной работы, от-
ключив выключатель сдвоенного режима, согласовать лебедки по высоте гаков и только после этого включить приводы на спаренный режим.
Степень рассогласования приводов, при котором происходит их отключение, мож-
но изменять с помощью потенциометра R1.
В тех случаях, когда в строгой синхронизации нет необходимости, выключателем В9 снимают возбуждение сельсина 2-Сс5.
Ротор сельсина 1-Сс4 заторможен. В режиме спаренной работы возбуждение этого сельсина отключено контактами реле Р19. В режиме одиночной работы крана № 1 этот сельсин включается в работу и обеспечивает возбуждение дифференциального сельсина 1-Сс2 исполнительного механизма 1-ИМ2.
Принцип действия системы синхронизации лебедок изменения вылета стрелы ана-
логичен описанному.
Пост управления механизмом подъема груза крана КЭГ имеет следующее устройст
во.
Рукоятка поста управления может поворачиваться относительно двух взаимно пер-
пендикулярных осей, благодаря чему создана возможность работы гидропривода грузовой лебедки на двух скоростях: большой и малой.
Для работы привода на большой скорости рукоятку управления из нейтрального положения отклоняют вправо, а затем «на себя» (подъем) или «от себя» (спуск).
При отклонении рукоятки вправо и «на себя» срабатывают микропереключатели В1 и ВЗ, которые своими контактами через промежуточное реле включают электромагни
ты гидроманипуляторов.
Лебедка растормаживается и работает на подъем на большой скорости. Отклонение рукоятки вправо и «от себя» вызывает срабатывание В1, а ВЗ включает верхнюю цепь (спуск). Лебедка работает с большой скоростью на спуск.
Для работы на малой скорости рукоятку отклоняют влево и «на себя» (подъем) или «от себя» (спуск). Поворот рукоятки влево вызывает срабатывание микропереключателя В2 и включение малой скорости. Микропереключателем В4 обеспечивается включение привода на подъем или спуск груза с малой скоростью.
В пределах каждого отклонения рукоятки независимо от того, которая из двух ско-
ростей выбрана, управление частотой вращения гидропривода выполняется путем воздей-
ствия дистанционной системы управления на сервоприводы насосов регулируемой пода-
чи.
Управление краном с выносного пульта управления
Краном возможно управлять с переносного пульта.
Переносной пульт посредством гибкого многожильного кабеля и штепсельного раз
ъема, устанавливаемого на колонне крана, соединяется с общей системой управления. В пульт встроены микровыключатели, резисторы, лампа сигнальная и кнопки. Как и в основ
ном, в переносном пульте имеется две рукоятки: правая для управления гидроприводом грузовой, а левая - для управления лебедкой изменения вылета стрелы и поворотом крана.
Для управления с переносного пульта универсальный переключатель в щите с элек
троаппаратурой нужно установить в положение «Дистанционное».
При этом основной пульт отключается.
13. Техническая эксплуатация электрогидравлических кранов
13.1. Обеспечение надежности и безотказности электрогидравлических кранов
Надежность и безотказность работы электрооборудования крана обеспечивается рядом профилактических мер:
1)периодическими осмотрами и пробными включениями электроприводов с провер
кой их в работе на холостом ходу;
2) поддержанием на требуемом уровне сопротивления изоляции;
3) соблюдением инструкций и предписаний по эксплуатации заводов-изготовите
лей электрооборудования;
4) поддержанием чистоты внутри электрических изделий;
5) периодическими осмотрами состояния уплотнений лючков, крышек, сальников.
При проведении осмотров следует убедиться в отсутствии влаги и конденсата внут
ри корпусов изделий, пыли и загрязнений. При наличии влаги необходимо проверить со
стояние уплотнений.
Уплотнения, пришедшие в негодность (потерявшие эластичность, с трещинами, хрупкие) необходимо заменить новыми и тщательно обжать.
Загрязнения и пыль удаляются сухой чистой ветошью с последующей продувкой сжатым воздухом.
Загрязнения на зубчатых передачах внутри изделий (исполнительные механизмы, сервоприводы, отсчетные редукторы и т. п.) с загустевшей и загрязненной смазкой долж-
ны быть очищены и смазаны новой смазкой рекомендованного изготовителем состава.
Микромашины (сельсины, микродвигатели, поворотные трансформаторы) в замене смазки не нуждаются.
Пробные включения приводов выполняют только после осмотров и замеров изоляции. Сопротивление изоляции электродвигателей в холодном состоянии должно быть не ниже 1 МОм, в нагретом - не менее 0,7 МОм, предельно допустимое - 0,2 МОм (для машин, находящихся в эксплуатации).
Сопротивление изоляции станций управления и пускателей - не ниже 0,5 МОм, предельно допустимое - 0,2 МОм. Измерения изоляции выполняют для силовых цепей и цепей управления, не содержащих полупроводниковые приборы, переносным мегоммет-
ром на 500 В.
При пробных включениях электроприводов, особенно после длительных нерабочих периодов, следует проверить управление кранами в одиночном и спаренном режиме, обратить особое внимание на отключение приводов конечными выключателями поворота крана (в одиночном режиме), минимального вылета стрелы, верхнего положения гака и предельного стравливания троса с грузового барабана.
В случае обнаружения сбоев в работе конечных выключателей, причины их появления должны быть выявлены и устранены.
Работа крана с неисправными путевыми и конечными выключателями не допускается.
Не допускается также установка перемычек, шунтирующих конечные выключате-
ли.
Причинами отказов крана могут быть неисправности постов управления, где уязви
мым звеном являются микровыключатели и воздействующие на их штоки кулачковые шайбы.
Нормальный ход штока составляет около 2,5 мм. Увеличение хода может привести к поломке выключателя, а уменьшение - к нечеткой его работе.
Проверка срабатывания микровыключателей может быть выполнена тестером или омметром при перемещении рукоятки управления. Вышедшие из строя микровыключате-
ли подлежат замене.
При осмотрах электрооборудования внимание должно быть обращено на контакты, неудовлетворительное состояние которых может явиться причиной сбоев и отказов в рабо
те системы управления.
Контакты со следами нагара (копоти) и загрязнения необходимо тщательно проте-
реть чистой ветошью, смоченной в спирте. Контакты со следами электрической эрозии и наплавленного металла восстанавливают зачисткой мелким (бархатным) напильником, надфилем и тонкой (000) стеклянной шкуркой. Не подлежащие восстановлению контакты (съемные) заменяют новыми. Частыми причинами отказов и сбоев в работе являются заедания в механических деталях, приводимых в движение микромашинами (микродвигателями, сельсинами) и электромагнитами.
Такие отказы могут быть и в датчиках-реле уровня ДРУ. Обнаружить заедания или заклинивание просто путем ручного воздействия на подвижную деталь узла.
13.2. Мероприятия по поддержанию качества масла гидравлических кранов
Безотказная работа гидравлических кранов зависит от качества применяемого в гидроприводе масла.
До конца 80-х годов в гидроприводах кранов, построенных в СССР, применяли масло Т-46, полученное из бакинских малосернистых нефтей.
В гидроприводах кранов, построенных в это время заграничными фирмами, исполь
зовали масла фирм Shell и Castrol, характеризуемые более высокими качествами.
Постепенный перевод кранов КЭГ на гидравлические масла фирм Shell и Castrol начался в конце 80-х годов.
Масло Т-46 при температуре выше 70°С вспенивается и, поэтому, на кранах преду
смотрена защита по наибольшей температуре масла.
Защита осуществляется при достижении температуры 70°С.
Во время грузовых операций в портах тропических стран такая защита срабатывает достаточно часто. Кран останавливается, приостанавливаются работы с грузом на время остывания масла.
На маслах Shell и Castrol этого не наблюдается, поскольку защита начинается с температур 80…85° С.
Долговечность и безотказность гидропривода зависят не только от вязкости, но и от чистоты масла.
В механические примеси масла входят не только исходные примеси, но и продукты износа всех пар трения гидропривода.
Интенсивность загрязнения масла зависит от конструктивного исполнения привода, качества его изготовления, от уровня технического обслуживания, от наработки привода.
Краны с радиально-поршневыми высокомоментными гидромоторами по сравне-
нию с кранами, в которых применены аксиально-поршневые гидромоторы, имеют боль-
шую интенсивность загрязнения масла из-за большего количества продуктов износа и по-
падания внешних загрязнений при устранении отказов.
При разрушении сепарации игольчатых подшипников, происходит выпадание зака-
ленных игл, что приводит к задирам всех деталей гидромотора.
Уменьшается производительность гидромотора. Это можно наблюдать по скорости подъема груза или стрелы.
На дне бака откладывается стружка от сепарации и обломки иголок.
Основное количество отказов у первых из упомянутых выше кранов приходится на оборудование, размещенное внутри масляного бака.
Для устранения таких отказов необходимо не только выполнять работы внутри бака через открытые люки, но и сливать из него часть масла. Такой ремонт гидропривода и слив масла приводят к его загрязнению, поэтому к проведению этих работ должны пред
ъявляться жесткие требования по обеспечению исключения загрязнения масла.
Видимо, проведению ремонтных работ, связанных с устранением отказов должны соответствовать погода и характер грузовых работ, проводимых на судне.
В эксплуатации гидропривода штатные фильтры необходимо поддерживать в нор-
Чистота масла в гидроприводах кранов КЭГ в настоящее время повышается за счет нештатного периодического сепарирования его в режиме пурификации, поскольку фильт
рация масла только в системе управления и подпитки явно недостаточна.
В этих условиях возможно дополнительное увеличение чистоты масла при поста-
новке фильтра тонкой очистки после сепаратора.
Очевидно, что очистка таким способом должна выполняться без внешнего загрязнения отфильтрованного масла.
13.3. Техническое обслуживание электрогидравлических кранов
Ежедневно перед началом грузовых работ производится:
1. наружный осмотр механизмов крана с целью устранения помех в его работе,
2. проверка правильности укладки канатов на барабанах и работы прижимных уст
ройств,
3. крепления механизмов к фундаментам, гидромоторов с барабанами,
4. крепеж крышек гидромоторов;
5. проверка соединения насосов с редуктором для выявления состояния резиновых колец пальцев муфт;
6. проверка правильности положения тумблеров на щите управления и состояния сигнализации в кабине крана,
7. пуск в действие насоса;
8. проверка давления в системе управления, которое должно быть 2…2,5 МПа;
9. проверка состояния всех соединений гидроприводов на отсутствие утечек;
10. проверка правильности выполнения всех команд управления и срабатывания блокировок;
11. проверка загрязненность фильтра по его сигнализатору;
12. проверка работы нуль-установителей на пультах управления;
13. проверка отсутствия вращения в механизмах крана при среднем положении ру
кояток управления на пультах;
14. проверка вращения роликов прижимных устройств механизмов подъема груза и изменения вылета стрелы.
Обнаруженные неисправности немедленно устраняются.
После подготовки крана в машинном журнале выполняются соответствующие запи
си и кран передается докерам для выполнения грузовых работ.
Во время грузовых операций необходимо проводить контрольные осмотры действующих кранов.
При осмотрах в машинном отделении крана через открытую заднюю дверь следует проверять следующее:
1. действие тормозов;
2. наличие масла на днище машинного отделения;
3. утечки масла через соединения трубопроводов с машинами, из гидроцилиндров тормозов, состояние шлангов к гидроцилиндрам тормозов, потеки масла из масляного бака;
4. правильность прижимов блокировок;
5. затяжку фундаментных болтов всех механизмов крана;
6. состояние хомутов крепления трубопроводов;
7. характер шума насосной станции и гидромоторов крана;
8. правильность работы оператора.
Через переднюю дверь машинного отделения проводится аналогичная проверка всего оборудования, размещенного спереди. Дополнительно щупом проверяется уровень масла в баке и давление в системе управления и подпитки.
При контрольных осмотрах кранов следует обращать внимание на скрип в опорах стрелы.
Появление скрипа в опорах указывает на то, что произошло проворачивание вкла-
дышей подшипников и смазка в подшипники не попадает. Необходим ремонт опорных подшипников стрелы.
При осмотрах следует установить наблюдение за раскачиванием крана после пово-
рота.
Раскачивание является признаком износа сепарации опорного подшипника, кото-
рую необходимо восстановить при ремонте крана. Для ремонта сепарации кран поднима-
ется.
Второй причиной раскачивания крана может быть износ шпонки шестерни механиз
ма поворота. Шпонка должна быть заменена.
После грузовых операций из крана сливается еще теплое масло, проверяется состав осадка на днище бака, проверяется крепление и состояния всего оборудования внутри бака и бак очищается.
Масло сепарируется переносным сепаратором.
Для очистки, осмотра, ремонта и мойки масляный бак открывается спереди и сзади. Мойка бака осуществляется дизельным топливом. Протирается поверхность пенно
пластом и неворсистым протирочным материалом.
Проверяется затяжка фундаментных болтов крана и соединительных болтов обойм подшипника механизма поворота; сохранность масленок консистентной смазки.
Особое внимание уделяется масленкам на штоках ленточных пружин демпферов упоров стрелы при наименьшем вылете и на проушинах крепления скобы топенанта к ноку башни крана.
При отсутствии смазки в упорах происходит поломка пружин. Отсутствие смазки в проушинах крепления скобы топенанта к ноку башни приводит к разрыву проушин и паде
нию стрелы.
Ежемесячно на кране необходимо пополнять смазкой все узлы трения по рекомен-
дованной схеме:
1. проверять герметичность всех соединений и крышек, уровень масла в масляном баке;
2. осматривать поверхности и замерять толщину тормозных лент и шкивов гидро-
моторов;
3. проводить анализ масла на содержание воды и механических примесей.
Обнаруженные неисправности устраняются по графику проведения судовых работ.
Ежегодно производится анализ масла с целью проверки его кислотного числа, вяз-
кости и содержания механических примесей.
Допускается использование масла при кислотном числе до 0,05 мг КОН на 1 г и вязкости при 50°С 44…48 сСт.
Проверяется давление в пневмогидроаккумуляторах, которое должно быть в преде
лах 1 …!, 2 МПа, при необходимости аккумулятор заполняется азотом;
Проверяется настройка всех предохранительных клапанов и реле давлении.
Проводится освидетельствование канатов.
Предохранительный клапан системы подпитки и управления в специальном клапа
не регулируются на давление 2…2,5 МПа; специального клапана механизма подъема гру
за - на 17,5+0,5 МПа; двухскоростного клапана на 17,5+0,5 МПа; реле давления - на 18, 5
МПа; специального клапана механизма поворота -на 17, 5+0,5 МПа, специального клапа
на механизма изменения вылета стрелы - на 17,5+0,5 МПа; двухскоростного - на17,5+0,5 МПа и перепускного клапана маслоохладителя - на 0,2…0,25 МПа.
Канат заменяется в случае обрыва одной пряди, излома либо обрыва более 10 % всех проволок на длине каната, равной восьми его диаметрам.
14. Системы управления судовыми подъемниками
Судовые подъемники представляют собой разновидность ГПМ.
К судовым подъемникам относятся:
1. лифты устройства для вертикального перемещения людей и грузов;
2. волновые подъемники, предназначенные для работы на волнении;
3. камбузные подъемники, предназначены для перемещения продуктов.
Рассмотрим принципиальную схему камбузного подъемника.
Принципиальная схема электропривода односкоростного лифта
на 2 остановки
Основные сведения
Схема предназначена для управления электроприводом односкоростного лифта с 3-фазным асинхронным двигателем.
Лифт (от англ. lift - подъёмник, лифт) - механизм для перемещения тяжестей. В зависимости от назначения, различают три вида лифтов:
1. пассажирские;
2. грузовые;
3. грузопассажирские.
На пассажирских, а также крупных и средних транспортных судах применяют все три вида лифтов.
На небольших судах применяют грузовые лифты, которые называют подъёмниками.
Пассажирские и грузопассажирские лифты имеют на каждой палубе наружные кнопки вызова ( на данную палубу ), а внутри кабины лифта - кнопки для выбора нужной палубы.
Иначе говоря, эти лифты управляются таким же образом, как и лифты в жилых до-
мах.
Грузовые лифты имеют только наружные кнопочные посты управления, т.к. пере-
возка людей в них категорически запрещена.
Данная схема грузового лифта (подъёмника) применяется для перемещения продук
тов из провизионной на камбуз и в обратном направлении.
Провизионная - это отсек судна с помещениями для хранения продуктов. Часть этих помещений используется для хранения продуктов при температуре окружающей среды - муки, сахара, овощей, консервов, минеральной воды.
Другая часть предназначена для хранения при низких температурах скоропортящихся продуктов - мяса, масла и др. В таких помещениях низкие температуры поддерживаются при помощи специальной холодильной установки.
Вертикально расположенное помещение, внутри которого движется кабина лифта, называется шахтой лифта.
Помещение камбуза, как правило, находится на главной палубе, помещение прови-
зионной - палубой ниже ( на палубе твиндека).
Рис. 13.32. Принципиальная схема электропривода односкоростного лифта
на 2 остановки
Для управления электроприводом на каждой палубе снаружи шахты лифта размещают кнопочные посты управления.
Каждый пост имеет две кнопки, а именно: в помещении камбуза находятся кнопки SВЗ"Вниз" и SВ1"Стоп", в помещении провизионной - кнопки SВ2"Вверх" и SВ4"Стоп".
Кроме того, на главной палубе находится кнопка вызова SВ5.При нажатии на эту кнопку включается звонок НА1 на палубе твиндека, привлекая внимание члена экипажа, находящегося, например, в одном из помещений провизионной.
Аналогично, на палубе твиндека находится кнопка вызова SВ6.При нажатии на эту кнопку включается звонок НА2 на главной палубе.
Применение кнопок вызова исключает простои лифта.
Для своевременной автоматической остановки лифта служат этажные переключатели SQ1L и SQ2L на палубе твиндека. При достижении нужной палубы соответствующий этажный переключатель размыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ2 или КМЗ, лифт останавливается.
На случай выхода из строя этажных переключателей предусмотрены дублирующие аварийные конечные выключатели SQ1 и SQ2. Выключатель SQ1 находится вверху шахты, выключатель SQ2 - внизу шахты.
Например, если при движении лифта вверх не сработал этажный переключатель SQ1L и лифт продолжает подниматься, он будет остановлен при помощи аварийного конечного выключателя SQ1.
Шахта лифта имеет две двери - на главной палубе и палубе твиндека. Обе двери перед началом движения лифта должны быть закрыты.
Каждая дверь связана с двумя конечными выключателями, а именно: дверь на главной палубе - с выключателями SА1 и SQ3, палубы твиндека - с выключателями SА2 и SQ4.
Выключатели SА1 и SА2 предназначены для того, чтобы исключить движение лифта при открытой двери шахты.
Выключатели SQ3 и SQ4 предназначены для сигнализации о положении дверей шахты.
Например, если открыта дверь шахты на главной палубе, контакт SА1 разомкнут, не позволяя включить лифт, а контакт SQ3 - замнут, горит сигнальная лампочка НL «Занято». Тем самым сообщается на палубу твиндека, что лифт занят и надо подождать.
Основные элементы схемы
К основным элементам схемы относятся:
1. QF - автоматический выключатель, для защиты от токов короткого замыкания обмотки статора двигателя;
2. КМ1 - линейный контактор, для подключения двигателя к питающей сети ( линии электропередачи );
3. КМ2 - реверсивный контактор «Вверх»;
4. КМЗ - реверсивный контактор «Вниз»;
5. YВ - катушка 3-фазного электромагнитного тормоза;
6. КК1, КК2 - электротепловые токовые реле, для защиты двигателя от токов перегрузки;
7. Т - понижающий трансформатор, для питания цепей управления;
8. FU1, FU2 - предохранители с плавкой вставкой, для защиты первичной обмотки трансформатора от токов короткого замыкания;
9. FUЗ, FU4 - предохранители с плавкой вставкой, для защиты вторичной обмотки трансформатора от токов короткого замыкания;
10. SQ1 - аварийный конечный выключатель верхнего положения лифта;
11. SQ2 - аварийный конечный выключатель нижнего положения лифта;
12. SА1 - выключатель дверей шахты на главной палубе;
13. SА2 - выключатель дверей шахты на палубе твиндека;
14. SВ1 - кнопка «Стоп» на главной палубе;
15. SВЗ - кнопка «Вниз» на главной палубе;
16. SВ2 - кнопка «Вверх» на палубе твиндека;
17. SВ4 - кнопка «Стоп» на палубе твиндека;
18. SQ1L - этажный переключатель на главной палубе;
19. SQ2L - этажный переключатель на палубе твиндека;
20. SQ3 -выключатель дверей шахты на главной палубе (для сигнализации);
21. SQ4 -выключатель дверей шахты на палубе твиндека( для сигнализации),
22. HL - сигнальная лампочка «Занято»;
23. SВ5 - кнопка вызова на главной палубе;
24. НА1 - звонок на палубе твиндека;
25. SВ5 - кнопка вызова на главной палубе;
26. НА1 - звонок на палубе твиндека;
27. SВ6 - кнопка вызова на палубе твиндека;
28. НА2 - звонок на главной палубе.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают автоматический выключатель QF. Напряжение от линейных проводов А и С через предохранители FU1, FU2 поступает на первичную обмотку трансформатора Т.
В исходном состоянии, показанном на схеме, лифт находится на главной палубе. Поэтому контакт этажного переключателя SQ1L разомкнут ( находится в нижнем положе нии). Значит, случайное нажатие кнопки SВ2 "Вверх» на палубе твиндека не приведёт к включению лифта.
В то же время замкнут контакт этажного переключателя SQ2L на палубе твиндека.
Двери шахты на обеих палубах закрыты, поэтому замкнуты контакты SА1 и SА2 выключателей дверей шахты на этих палубах.
Лифт готов к движению в направлении «Вниз».
Работа схемы
В исходном состоянии лифт находится на главной палубе.
Перед включением лифта надо привлечь внимание члена экипажа на палубе, расположенной ниже, т.е. на палубе твиндека.
Для этого нажимают кнопку вызова SВ5 на главной палубе, через контакты которой включается звонок НА1 на палубе твиндека.
Получив ответ члена экипажа ( голосом, слышным через шахту лифта ), нажимают кнопку SB3. При этом образуется цепь тока катушки контактора КМЗ «Вниз»:
левый вывод вторичной обмотки трансформатора - FUЗ - SQ1 - SА1 - SВ1 - SQ2 - SА2 -SВ4 - SВЗ SQ2L - КМ2 - катушка КМЗ - КК2 - КК1 - FU4 - правый вывод вторич
ной обмотки трансформатора.
Контактор КМЗ включается, замыкает главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный контакт, через который включается линейный контактор КМ1.
Главные контакты КМ1 замыкаются в силовой части схемы, при этом подаётся питание на катушку электромагнитного тормоза УВ и обмотку статора двигателя М.
Одновременно размыкается второй вспомогательный контакт КМЗ в цепи катушки контактора КМ2 «Вверх», препятствуя его случайному включению.
Лифт начинает опускаться
Как только кабина лифта опустится на 10-15 см, контакт этажного переключателя SQ1L в цепи катушки контактора КМ2 «Вверх» замкнётся.
При случайном нажатии кнопки SВ2 «Вверх» с палубы твиндека контактор КМ2 «Вверх» не включится, т.к. в цепи катушки КМ2 разомкнут контакт КМЗ (блокировка одновременного включения двух реверсивных контакторов).
При достижении лифтом рабочего нижнего положения на палубе твиндека контакт SQ2L этажного переключателя размыкается, отключаются контакторы КМЗ и КМ1, двига
тель отключается от сети и затормаживается.
Если при достижении лифтом рабочего нижнего положения не разомкнётся контакт этажного переключателя SQ2L ( авария ), лифт продолжит движение вниз, и через 10-15 см аварийный конечный выключатель SQ2 разомкнёт свой контакт.
При этом отключаются контакторы КМЗ и КМ1, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Если при движении лифта открыть дверь шахты, например, на палубе твиндека, разомкнётся контакт А2, отключаются контакторы КМЗ и КМ1, двигатель отключается от сети и затормаживается.
15. Бесконтактные системы управления электроприводами ГПМ
15.1. Основные сведения
Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от контактных схем управления судовыми электроприводами к бесконтактным.
В контактных схемах для переключения цепей используют медные контакты, а в .
в бесконтактных полупроводниковые приборы двух видов:
Транзисторы применяют для управления слаботочными цепями с токами до десят-
ков ампер, тиристоры для управления мощными силовыми цепями электроприводов с токами в десятки, сотни и тысячи ампер.
В судовых электроприводах для переключения силовых электрических цепей при-
меняют комплектные устройства, серийно выпускаемые промышленностью тиристор-
ные коммутаторы ( см. ниже ).
Достоинства тиристорных коммутаторов:
1 миллиона включений ( по сравнению с 200…300 тысячами включений у электромагнит-
ных контакторов );
ски мгновенно, в то время как собственное время включения электромагнитных контакто-
ров составляет сотые и даже десятые доли секунды;
3. малая мощность управления, необходимая для включения коммутатора до 3 Вт,
эта же мощность у электромагнитных контакторов доходит до 30 Вт;
новым.
Недостатки тиристорных коммутаторов:
рают, в то время как контакты электромагнитных контакторов легко выдерживают значи-
тельные перегрузки;
ктромагнитных контакторов наибольшее число коммутируемых силовых цепей - 3;
3. гораздо большие габариты, масса и стоимость по сравнению с электромагнитны-
ми контакторами.
15.2. Тиристорные коммутаторы
Тиристорным коммутатором называется схема, состоящая из 2-х встречно-парал-
лельно включенных тиристоров и предназначенная для коммутации одного полюса цепи
( рис. 13.33 )..
Рис. 13.33.. Схема тиристорного коммутатора переменного тока
К элементам схемы тиристорного коммутатора относятся:
VS1 и VS2 два встречно-параллельно включённых тиристора;
VD1…VD4 т.н. развязывающие диоды, предназначены для образования двух и
более цепей постоянного тока при питании этих цепей от одного источника постоянного тока;
R токоограничивающий резистор в цепи тока управления тиристора, для получе-
ния необходимого значения тока управления ( десятки сотни миллиампер ) при питании цепи управления напряжением в десятки и сотни вольт;
К контакт реле, управляющий включением-выключением тиристоров ( катушка реле на схеме не показана ).
Для подготовки схемы к работе подают переменное напряжение на её выводы.
В исходном состоянии коммутатора контакт К1:1 реле разомкнут, поэтому тиристо
ры VS1 и VS2 заперты и ток не пропускают. Такое состояние тиристоров равнозначно раз
рыву цепи между точками «А» и «В».
Для включения коммутатора подают питание на катушку реле К1 ( катушка на схе
ме не показана ), при этом контакт К1:1 замыкается.
В условную положительную полуволну переменного напряжения сети полярность напряжения на выводах «А» и «В» такая: «плюс» на выводе «А», «минус» на выводе «В».
При такой полярности образуется цепь тока управления тиристора VS1:
«плюс» на выводе «А» - VD1 K1:1 R VD4 управляющий электрод VS1 ка-
тод VS1 - «минус» на выводе «В».
Тиристор включается и становится диодом, пропуская через себя ток по цепи:
«плюс» на выводе «А» - анод VS1 катод VS1 - «минус» на выводе «В».
Эта же полуволна напряжения удерживает тиристор VS2 закрытым, т.к. «плюс» на
выводе «А» приложен к катоду VS2, а «минус» на выводе «В» - к аноду VS2. т.е. анодное напряжение с такой полярностью является обратным для тиристора.
По этой же причине во вторую полуволну напряжения ( «плюс» в точке В, «минус» в точке А ) тиристор VS1 автоматически запирается, но возникает аналогичная цепь тока управления тиристора VS2:
«плюс» на выводе «В» - VD3 - R K1:1 VD2 управляющий электрод VS2 катод
VS2 - «минус» на выводе «А».
Тиристор включается и становится диодом, пропуская через себя ток по цепи:
«плюс» на выводе «В» - анод VS2 катод VS2 - «минус» на выводе «А».
Таким образом, напряжение сети автоматически поочерёдно переключает ( комму
тирует ) тиристоры, что равнозначно соединению накоротко выводов «А» и «В». Такую коммутацию тиристоров называют естественной.
Из сказанного следует, что тиристорный коммутатор подобен обычному медному
контакту:
что равнозначно разомкнутому медному контакту;
ристоры накоротко, что равнозначно замкнутому медному контакту;
На базе тиристорных коммутаторов были созданы тиристорные контакторы пере-
менного тока.
Тиристорным контактором называется схема, состоящая из 2-х тиристорных комму
таторов ТК1 и ТК2 , конструктивно объединенных в одном блоке ( корпусе ).( рис. 13.34 ).
Для контроля исправности тиристоров тиристорный контактор может дополняться
блоком контроля исправности тиристоров.
Рис. 13.34 Схема тиристорного контактора и блока контроля
Работа тиристорного контактора ТК1 ( ТК2 ) объяснена выше, поэтому объясним
работу блока контроля исправности тиристоров
15.3. Блок контроля исправности тиристоров
Основная неисправность тиристоров потеря проводимости тока, что равнозначно обрыву цепи через тиристор.
В цепях обмоток статоров асинхронных двигателей выход даже одного тиристорз
строя равнозначен однополупериодному обрыву фазы ( т.к. оставшийся целым будет про-
пускать «свою» полуволну переменного тока ). Выход из строя сразу двух тиристоров приведет к двухполупериодному, т.е. полному, обрыву линейного провода ( фазы ).
В любом из этих двух случаев вращающий момент двигателя уменьшается.
Если пониженный вращающий момент двигателя станет меньше статического мо-
мента механизма ( грузового крана, лебедки, якорно-швартовного устройства ) , двигатель опрокинется ( груз или якорь вместо подъёма станет опускаться ).
Для отключения электроприводов при обрыве фазы применяют специальные блоки
контроля исправности тиристоров.
Эти блоки контроля включают в те же линейные провод, в которые включены тири
сторные коммутаторы ( рис.13.34, нижняя часть )
Основные элементы блока контроля:
1. Т - понижающий трансформатор 380/27 В;
2. VD1…VD4 полупроводниковые диоды, собранные в выпрямительный мо-
стик Гретца;
В исходном состоянии, когда замкнуты контакты реле управления К1:1 и К1:2,
тиристорные коммутаторы пропускают ток, поэтому напряжение на первичной обмотке трансформатора Т равно 380 В.
При этом напряжение на вторичной обмотке 27 В, а напряжение на выходе мости
ка 24 В постоянного тока ( для мостика Гретца выпрямленное напряжение U= 0,9U= = 0,9*27= 24,3 ≈ 24 В ).
Это напряжение ( 24 В ) больше напряжения пробоя стабилитрона VD5, стабили-
трон пробит ( это рабочий пробой ) и пропускает через себя ток по цепи:
«плюс» на левом выводе мостика VD5 катушка KR1 - «минус» на правом выводе мостика.
Реле контроля KR1 включено, его контакт в схеме управления замкнут ( на данной схеме не показан ), схема работает нормально.
Рассмотрим работу схемы блока в двух случаях:
В первом случае, вышедший строя тиристор, например, VS1, перестаёт про-
пускать ток, т.е. как бы «срезает» одну полуволну напряжения. Вторая полуволна пропу-
скается исправным тиристором VS2.
При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора уменьшается в 2 раза, т.е. от 380 В до 190 В.
В результате напряжение на выходе мостика также уменьшается в 2 раза, от 24 В
до 12 В. Это напряжение меньше напряжения пробоя стабилитрона VD5, равного 18…20 В, поэтому стабилитрон запирается, отключая реле KR1.
Реле размыкает контакт KR1, в результате схема управления отключается. При этом асинхронный двигатель отключается от сети и затормаживается.
Во втором случае, если вышли из строя оба тиристора VS1 и VS2, напряжение на
катушке реле КR1 станет равным нулю, реле также отключится.
Отсюда становится понятным назначение стабилитрона VD он нужен для того,
чтобы отключать реле КV при выходе из строя даже одного из тиристоров - VS1 или VS2.
15.4. Особенности построения схем на тиристорных коммутаторах
( переход от контактных схем к бесконтактным );
Таких особенностей две:
применяют тиристорные контакторы ( рис.13.35 );
2. в схемах управления вместо мощных электромагнитных контакторов применяют
слаботочные электромагнитные реле ( рис. 9 ).
.
Рис. 13.35. Эквивалентные схемы силовой части: на тиристорах ( левая ) и металлических контактах ( правая )
2. в схемах управления вместо электромагнитных контакторов применяют слабо-
точные электромагнитные реле.
В остальном схемы управления контактных и бесконтактных электроприводов оди
наковы.
15.5. Бесконтактная система управления электроприводом грузовой лебедки
Схема управления состоит из силовой части ( левая половина схемы ) и собственно схемы управления ( правая половина ) ( рис. 13.36 )..
Блоки контроля исправности тиристоров для упрощения объяснения на схеме не показаны.
Рис. 13.36. Принципиальная схема управления электроприводом лебедки
Силовая часть схемы состоит из следующих элементов:
1. автоматического выключателя QF, предназначенного для отключения электро-
двигателя от питающей сети при коротком замыкании в любой из трех обмоток статора
обмотки первой скорости 1С1, второй 2С1 или третьей 3С1;
2. шести тиристорных контакторов:
Е1 контактор «Подъем»;
Е2 контактор «Спуск»;
Е3 - контактор 1-й скорости;
Е4 - контактор 2-й скорости;
Е5 - контактор 3-й скорости;
Е6 тормозной контактор;
3. трансформатора тока ТА, во вторичную обмотку которого включен амперметр
рА, встроенный в верхнюю часть тумбы командоконтроллера.
4. катушки электромагнитного тормоза YB;
5. нагревательных элементов КК1...КК6 тепловых реле.
6. асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и тремя обмотками на ста-
торе - 1С1, 2С1, 3С1.
Схема управления состоит из следующих элементов:
для питания катушек промежуточных реле KV1…KV7 и реле времени КТ1, КТ2;
3. реле напряжения KV1;
4. реверсивного реле КV2 «Подъем»;
5. реверсивного реле КV3 «Спуск»;
6. реле 1-й скорости КV4;
7. реле 2-й скорости КV5;
8. реле 3-й скорости КV6;
9. тормозного реле КV7$
10. реле времени КТ1, для задержки перехода двигателя с 1-й скорости на 2-ю;
11. реле времени ( тормозное) КТ2, для перевода двигателя в режим рекуператив
ного торможения;
12. конечного выключателя SQ1, контролирующего длину троса при его намотке на барабан;
13 конечного выключателя SQ2, контролирующего длину троса при его смотке с
барабана;
14. выпрямительного мостика UZ, для питания постоянным током катушек реле
времени КТ1 и КТ2 .
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе включают:
1. автоматический выключатель QF силовой части схемы на групповом распредели
тельном щите лебёдок внутри стандерса;
2. аварийный выключатель SA1 на тумбе командоконтроллера лебедки.
Исходное состояние
В нулевом положении замкнут контакт SA2:1 командоконтроллера.
Через SA2:1 получает питание реле напряжения KV1, которое замыкает контакты
KV1:1 и KV1:2.
Контакт KV1:1 шунтирует SA2:1, а через KV1:2 подаётся питание на остальную
часть схемы управления.
В результате через контакты KV5:3 и KV6:3 включается реле 1-й скорости KV4, а
через выпрямительный мостик UZ и контакты KV2:6 и KV3:6 включается реле времени КТ1.
Реле KV4 замыкает контакты KV4:1, KV4:2 в тиристорном коммутаторе 1-й скоро-
сти ЕЗ, а также KV4:3 в цепи катушки реле тормоза KV7.
Реле КТ1 мгновенно размыкает контакт КТ1:1 в цепи катушек реле 2-й и 3-й скоро
сти KV5 и KV6, тем самым препятствуя их включению без выдержки времени.
Таким образом, в нулевом положении включены реле KV1, KV4 и КТ1.
Схема управления симметрична, рассмотрим работу схемы в направлении «Подъ-
ём».
Первая скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера в 1-е положение «Подъём» размыкает
ся контакт SA2:1 и замыкается SA2:2.
Несмотря на размыкание SA2:1, цепь катушки реле напряжения KV1 сохраняется
через собственный контакт KV:1 (самоблокировка).
Через SA2:2 включается реверсивное реле KV2 «Подъём». Оно замыкает контакты
KV2:1 и KV2:2 в тиристорном коммутаторе Е1 «Подъём» и KV2:5 в цепи катушки реле тормоза KV7.
Реле RV7 включается и замыкает контакты KV7:1, KV7:2 в тиристорном коммута
торе Е6 тормоза YB.
Двигатель растормаживается и работает на 1 -и скорости.
Кроме того, замыкается контакт KV2:4, предварительно подготавливая цепь управ
ления рекуперативным торможением.
Одновременно реле KV2 размыкает контакт KV2:6 в цепи катушки реле времени
КТ1, отключая его. Контакт КТ1:1 замыкается с выдержкой времени 0,5 с, тем самым за-
держивая переход с 1-й: скорости на 2-ю на это время.
Таким образом, в 1-м положении рукоятки включены реле напряжения KV1, ревер
сивное KV2 и тормозное KV7.
Вторая скорость
При переводе рукоятки ко\(андоконтроллера во 2-е положение замыкается контакт
SA2:4.
Через него и контакт КТ1:1 , замкнувшийся с выдержкой времени 0,5 с, включается
реле 2-й скорости KV5.
Последнее сначала размыкает контакты KV5:3, отключая реле 1-й скорости KV3, и
замыкает контакты KV5:1, KV5:2 в тиристорном коммутаторе 2-й скорости Е4. Двигатель переходит с 1-й скорости на 2-ю.
Одновременно замыкается контакт KV5:5, включая реле времени рекуперативного
торможения КТ2. Реле КТ2 мгновенно замыкает контакт КТ2:1, в результате параллельно контакту SA2:2 подключается цепь рекуперативного торможения, включающая последова
тельно соединенные контакты КТ2:1 иКУ2:4.
Таким образом, во 2-м положении включены реле: реверсивное KV2 «Подъем», 2-й
скорости KV5, тормозное KV7 и времени КТ2.
Третья скорость
При переводе рукоятки в 3-е положение замыкается контакт SA2:5.
Через него включается реле 3-й скорости KV6. Оно сначала размыкает контакт
KV6:4, отключая реле 2-й скорости KV5, а затем замыкает контакты KV6:1, KV6:2 в цепи тиристорного коммутатора Е5. Двигатель переходит на 3-ю скорость.
Кроме того, замыкается контакт KV6:6, оставляя включённым реле КТ2.
Таким образом, в 3-м положении включены реле: реверсивное KV2, 3-й скорости
KV6, тормозное KV7 и времени КТ2.
Автоматизация торможения
При резком переводе рукоятки командоконтроллера из 3-го или 2-го положения в
нулевое размыкаются контакты SA2:2, SA2:4 и SA2:5.
При этом отключаются реле 3-й (или второй) скорости KV6 ( или KV5 ), их контак
ты KV6:1, KV6:2 и KV5.1, KV5:2 размыкаются, отключая обмотки 3-й и 2-й скорости, а контакты KV5:3 и KV6:3 замыкаются, включая реле 1-й скорости KV4.
Двигатель переходит на 1 -ю скорость.
Одновременно размыкаются контакты KV5:5 и KV6:6, отключая реле КТ2. С этого
момента начинается выдержка времени реле КТ2.
Поэтому контакт этого реле в цепи катушки реверсивного реле KV2 «Подъём» оста
нется замкнутым ещё 0,25 с. В течение этого времени катушка KV2 продолжает получать питание через контакты КТ2:1 и KV2:4 , несмотря на размыкание контакта SA2:2.
Таким образом, остаются включёнными реле реверсивное KV2 и 1-й скорости KV4,
вследствие чего двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, создавая на
своем валу тормозной электромагнитный момент.
Через 0,25 с контакт КТ2 размыкается, при этом реле KV2 отключается, размыкая
свои контакты KV2:1 и KV2:2 в тиристорном контакторе Е1 и тем самым отключая двига-
тель от питающей сети.
Одновременно снимается питание с катушки электромагнитного тормоза YB.
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
Как следует из пояснения, электрическое и механическое торможение происходило
последовательно - сначала электрическое, потом механическое. Такое двухступенчатое торможение позволяет избежать резкой остановки электродвигателя, но увеличивает вре-
мя его остановки.
Защита от токов короткого замыкания
Для защиты от токов короткого замыкания служат:
ток статора 1С1, 2С1 или 3С1;
2. предохранители FU1... FU2 - от короткого замыкания во вторичной обмотке тран
сформатора TL.
При срабатывания любого из перечисленных защитных устройств двигатель отклю
чается от сети и затормаживается.
Защита от токов перегрузки
При перегрузки 3-й скорости тепловые реле КК5, КК6 размыкают свои контакты в
цепи катушки реле 3-й скорости KV6, которое отключается и размыкает контакты KV6:1, KV6:2 в цепи тиристорного контактора Е5. В результате отключается обмотка 3-й скоро-
сти.
Одновременно замыкается контакт KV6:4, через который и контакт SA2:4 включа-
ется реле 2-й скорости KV5.
Двигатель переходит с 3-й скорости на 2-ю.
Аналогично работает схема при перегрузке обмотки 2-й скорости.
При перегрузке 2-й скорости тепловые реле ККЗ, КК4 отключают реле 2-й скоро
сти KV5, которое размыкает контакты KV5:1, KV5:2 в цепи тиристорного коммутатора Е4, отключая обмотку 2-й скорости, и замыкает KV5:3, включая реле 1-й скорости KV4.
Двигатель переходит со 2-й скорости на 1-ю.
При перегрузке 1-й скорости тепловые реле КК1, КК2 отключают реле напряжения
KV1. Это реле размыкает контакты KV1:1 и KV1:2..
При размыкании контакта KV1:1 снимается самоблокировка, при размыкании KV1:2 снимается питание со схемы управления.
При этом двигатель отключается от сети и затормаживается.
Возврат реле КК1.. .КК6 в рабочее состояние - ручной, нажатием кнопки снаружи
корпуса реле.
Для продолжения работы схемы надо сначала вернуть рукоятку командоконтрол-
лера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA2:1, через который повторно вклю
чится реле напряжения KV1.
Только после этого рукоятку командоконтроллера можно перевести в нужное рабо-
чее положение.
Защита по снижению напряжения
Для защиты по снижению напряжения служит реле напряжения KV1.
При снижении напряжения до минимально допустимого значения ( 60 % номиналь-
ного и менее, вплоть до обесточивания ) якорь реле напряжения KV отпадает, контакты KV1:1...KV1:3 размыкаются, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для повторного включения двигателя надо после восстановления напряжения пере вести рукоятку командоконтроллера в нулевое положение, чтобы замкнулся контакт SA2:1, через который повторно включится реле напряжения KV1.
После этого продолжают работу, устанавливая рукоятку в нужное рабочее положе
ние.
Блокировки
В схеме управления электроприводом лебёдки использованы такие блокировки:
1. от одновременного включения реверсивных реле KV1 и KV2;
2. по длине троса при работе на подъём;
3. по длине троса при работе на спуск.
Блокировка одновременного включения реверсивных реле предназначена для иск-
лючения одновременного включения реверсивных контакторов Е1 и Е2, т.к. при этом воз-
никает аварийный режим двойного короткого замыкания в силовой части схемы, через од-
новременно открытые тиристоры в контакторах Е1 и Е2.
Для блокировки в цепь катушки одного реверсивного реле включают размыкающие
контакты другого, и наоборот.
В принципиальной схеме электропривода лебёдки в цепь катушки реверсивного ре
ле KV2 «Подъём» включены размыкающие контакты КV3:3 реверсивного реле «Спуск». Аналогично, в цепь катушки реверсивного реле КV3 «Спуск» включены размыкающие контакты КV2:3 реверсивного реле KV2 «Подъём».
Тогда, при включении, например, реле KV2 «Подъем» его контакт КV2:3 размыка-
ется, делая невозможным включение реле KV3 «спуск».
Для блокировки по длине троса при работе на подъем служит конечный выклю
чатель SQ1.
При подъёме груза возможно возникновение такой аварийной ситуации: по мере
подъёма груза длина троса между гаком и ноком стрелы непрерывно уменьшается, и гак может упереться в нок стрелы.
Двигатель переходит в режим стоянки под током и набивает грузовой канат, при
этом пытаясь приподнять стрелу. К разрывному усилию в канате от действия веса груза теперь добавится усилие, созданное моментом стоянки (пусковым ) электродвигателя. В результате трос может разорваться и груз упадёт.
Для исключения такой ситуации в схеме используется конечный выключатель SQ1,
установленный на ноке стрелы. Выключатель удерживается во включённом состоянии при помощи противовеса. Когда гак доходит до противовеса и немного приподымает его, пружинный механизм размыкает контакты выключателя, и реверсивный контактор КМ1 отключается.
Вместе с тем, сохраняется возможность работы электропривода в направлении
«Спуск»,, т.к. контакты конечного выключателя SQ2 остаются замкнутыми.
Для блокировки по длине троса при работе на спуск служит конечный выключа-
тель SQ2.
При спуске груза конечный выключатель SQ2 ограничивает сматывание шкентеля
с барабана и размыкает свои контакты SQ2, когда на барабане остается 1,5-2 шлага троса.
При отсутствии такого выключателя может возникнуть аварийная ситуация, при
которой продолжение работы двигателя после полной смотки троса с барабана приведёт к его намотке на барабане в противоположном направлении с перехлестами и изломами.
16. Техническое обслуживание электроприводов ГПМ
Основные сведения
При техническом обслуживании ЭП грузовых устройств необходимо руководст-
воваться Правилами технической эксплуатации, где перечислено содержание работ и последовательность их выполнения, а также исходить из условий, в которых указанные ЭП эксплуатируются.
Электрооборудование грузовых устройств, расположенное на открытой палубе, в наибольшей мере подвержено воздействию окружающей среды, а при грузовых опера
циях работа его носит весьма напряженный характер. В результате возникают 2 группы отказов:
1. связанные с воздействием внешней среды;
2. связанные с напряженным режимом работы.
Отказы, связанные с воздействием внешней среды
Отказы первой группы обусловлены прежде всею недостаточной герметичностью ЭД и аппаратуры управления. Попадание влаги в обмотки ЭД приводят к выходу его из строя. Это происходит из-за неудовлетворительного выполнения коробок выво-
дов концов валов, фланцевых соединений корпуса с подшипниковыми щитами, наличи-
ем отверстий в корпусах ЭД для спуска масла и конденсата.
Из электрических аппаратов этот недостаток свойствен командоконтроллерам и конечным выключателям, подверженным воздействию морской воды и волн непосред-
ственно. Проникновение влаги и солей в эти аппараты через уплотнения приводит к сни-
жению сопротивления изоляции, замыканиям на корпус, усиленной коррозии, заеданию подвижных механических соединений, нарушению прилегания контактов и пр.
Отказы, связанные с напряженным режимом работы
Отказы второй группы связаны с перегрузкой ЭП и нарушением режима его эксп-
луатации. При этом часто возникают следующие неисправности:
шения сопротивления изоляции под воздействием высоких температур, значитель-
но превышающих допустимые значения.
Возможны также случаи повреждения изоляции в период сборки АД. Основная причина перегрева статорных обмоток - несоответствие эксплуатационной производитель
ности ЭП грузового устройства допустимой по условиям нагрева.
тактных колец короткозамкнутого ротора, и связанные с напряженным динамическим режимом, возникающим в многоскоростном АД из-за резкого изменения скоростей.
При наличии лопнувших стержней последние перемещаются в пазах, и внутрен
ние клетки сдвигаются вдоль оси ротора. В последней стадии, когда все стержни обор-
ваны, выступающие из пазов стержни наружной пусковой клетки разрушаются отор-
вавшимися кольцами рабочей клетки, которые в свою очередь разрушают лобовые части статорных обмоток.
держателями, которые под воздействием температуры деформируются, вследствие чего возникают перекосы и заедания в подвижной системе, а также появляются трещины.
Так же происходит разрегулировка контактной и магнитной систем из-за
больших механических нагрузок при работе.
кладках рукоятки контроллера, особенно при реверсировании ЭП, что приводит к большим броскам тока.
Это может вызвать выход обмотки ЭД из строя и подгорание контакторов
скорости.
При разрегулировке реле времени в ЭП с многоскоростным АД может произой
ти одновременное подключение двух скоростей, что также приводит к дополнитель-
ному нагреву и обгоранию контактов.
5. Ненадежная работа электромагнитных тормозов, обусловленная тем, что при работе изменяется воздушный зазор между дисками. При разрегулированном электромагнитном тормозе происходит повышенный нагрев ЭД. а также поломка толка-
телей механически связывающих тормоз с экономическими выключателями. В процессе работы необходимо периодически измерять и вести запись размеров зазоров, чтобы иметь возможность следить за изнашиванием дисков и проводить соответствующую регулировку.
6. Нарушение регулировки конечных выключателей, происходящее вследст-
вие изменяющейся деформации длины троса и при водящее к затягиванию гака в нок стрелы, перегрузке ЭД и др.
Для регулирования конечных или путевых выключателей механизм грузоподь
емного устройства подводят ЭП к положению, в котором выключатель должен срабо
тать, а кулачок регулируемого аппарата устанавливают так, чтобы соответствующие контакты разомкнулись. Окончательно кулачки устанавливают в нормальных условиях работы механизма с некоторым опережением срабатывания контактов, чтобы учесть свободный выбег механизма.
Обслуживание электроприводов ГПМ
Обслуживание ЭП грузоподъемных устройств, предусматривающее осмотр и чистку электрооборудования без разборки или с разборкой, выполняется, как правило, в рейсе.
Проверка действия механизма проводится также перед началом грузовых работ. В этом случае электротехнический персонал проверяет действие командоконтроллеров, магнитных контроллеров, электромагнитных тормозов, блокировочных устройств.
Затем открывают вентиляционные люки и проверяют работу механизма в целом на всех рабочих положениях контроллера.
Последовательность поиска неисправностей в работе электрооборудования ГПМ
Если в процессе проверки обнаружился какой либо недостаток в работе, то необходимо выяснить, в какой части ЭП ( в электрических машинах или в системе управления) имеется неисправность.
Если отказ произошел в системе управления, то составляется конкретный план, обеспечивающий обнаружение любой неисправности. Поиск следует начинать с определения простейших возможных причин отказов (наличие питания, целостность предохранителей, действие блокировок).
Аппаратуру первоначально проверяют при ее обесточенном состоянии вручную. При этом обращают внимание на состояние контактных поверхностей, на плотность прилегания и нажатия контактов, отсутствие заеданий подвижных частей контакторов и реле. Проверку работы аппаратов проводят при снятых дугогасительных камерах.
Следующей операцией является проверка сопротивления изоляции всей схемы относительно корпуса и между полюсами или фазами. После выполнения указанных операций и устранения выявленных дефектов можно приступить к проверке действия системы под напряжением, строго придерживаясь правил техники безопасности. При этом наблюдают за последовательностью срабатывания реле и контакторов для двух направлений вращения ЭД, а также определяют действие защиты и конечных выключателей.
Электротехническому персоналу в процессе грузовых операций необходимо на-
блюдать за работой ЭП и за действиями операторов. Если во время эксплуатации обна-
руживается, что момент, развиваемый ЭД, недостаточен для вращения приводимого механизма, то причиной этому может быть как неисправность приводного механизма (заклинивание), так и неисправность ЭД (задевание ротора о статор, обрыв стержней ротора, повреждение или износ подшипников, перекос подшипниковых щитов).
Для выявления причины ненормальной работы необходимо отсоединить ЭД и проверить его работу на холостом ходу без механизма. Если ЭД на холостом ходу рабо-
тает нормально, необходимо искать повреждение в самом механизме или в аппарату
ре управления. Работу ЭП грузоподъемного механизма также следует прекратить в случае перегрева ЭД, сильного искрения под щетками, нечеткой работы тормозов и пр.
Повышенный нагрев ЭД нередко связан с его перегрузкой вследствие повышен
ной массы груза или увеличенной продолжительности включения.
С целью устранения перегрузки можно переключить редуктор на большую грузо
подъемность или же, исходя из существующей продолжительности включения, опреде
лить для механизма допускаемый вес (кН) груза.
После окончания грузовых работ необходимо осмотреть все электрооборудова-
ние, установить контроллер в нулевое положение, выключить питание и закрыть венти-
ляционные лючки во избежание появления конденсата.
После этого палубная команда должна укрыть все электрооборудование промас
ленными брезентовыми чехлами.
Периодически не реже одного раза в неделю следует проветривать магнитный контроллер, открывая его дверцы на 10 15 мин, а также наблюдать за состоянием аппаратуры.
Подготовка электроприводов ГПМ к работе, работа, вывод из работы
Подготовку и ввод в действие грузовых лебедок и кранов обеспечивает боцман по
распоряжению старшего помощника капитана или лица, его заменяющего. При подготов-
ке лебедки (крана) к работе необходимо произвести ее наружный осмотр, чтобы убедиться в исправности барабанов, турачек, тросоукладчиков, направляющих роликов, тормозов, фрикционных и предохранительных муфт; проверить действие рычагов управления.
При опробовании лебедки (крана) на холостом ходу необходимо:
.1. проверить правильность положения троса на ручьях барабана и блоках;
.2. убедиться в правильности положения рычагов управления;
.3. убедиться в исправности тормозных устройств;
.4. проверить работу крана раздельно на подъем, спуск, изменение вылета стрелы и
поворота крана в обе стороны без груза (в заданных пределах поворота крана), убедиться в срабатывании конечных выключателей.
Запрещается работать на лебедке (кране), имеющей следующие дефекты:
.1. неисправное тормозное устройство;
.2. трещины рам, станин, шестерен;
.3. неисправности, которые могут вызвать падение груза;
.4. неисправности в системе управления и приводном двигателе.
При использовании лебедки (крана) необходимо:
.1. следить за тем, чтобы при наматывании на грузовой барабан шкентель ложился
ровными рядами и не имел слабины;
.2. переключение кулачковых муфт производить только при остановке;
.3. при работе на швартовном барабане вывести с помощью муфты грузовой бара
бан из действия и затормозить его ленточным тормозом;
.4. опускание груза производить при включенном приводном двигателе с использо
ванием в необходимых случаях ленточного тормоза.
Запрещается делать переключение передач редуктора при поднятом грузе и при
работающем механизме.
При эксплуатации кранов подъем груза и изменение вылета стрелы должны произ
водиться крановщиком в таких пределах, чтобы не допускать срабатывания конечных выключателей.
По окончании работы лебедки (крана) следует выключить муфты сцепления,
ослабить ленточные и колодочные тормоза, установить муфты включения скоростей в нейтральное положение и установить корпус крана и стрелу на стопоры.
Контрольные вопросы
чение оттяжек стрелы? Что такое «балластная груша»?
«турачек»?
ние каждой из них?
ющимися кранами?
12. Какие 8 операций выполняются в процессе перемещения груза?
13. Объясните работу электропривода крана при помощи его нагрузочной диаграммы
14. В каком режиме работают электроприводы ГПМ? Каким образом можно повысить производительность работы ГПМ?
15. Перечислите требования Правил Регистра к аварийным и конечным выключателям ГПМ
16. Перечислите требования Правил Регистра к коммутационной аппаратуре
17. Какие системы управления применяются в ГПМ постоянного тока?
18. Какие типы электродвигателей применяются в ГПМ постоянного тока?
19. Какие способы регулирования скорости применяются в электроприводах ГПМ постоянного тока?
20. Каковы достоинства и недостатки электродвигателей ГПМ на переменном токе?
21. Сколько скоростей имеют электродвигатели ГПМ на переменном токе?
22. Какие типы роторов используются в асинхронных электродвигателях?
23. Сколько скоростей имеют электроприводы механизмов поворота и изменения вылета стрелы кранов?
24. Как осуществляется охлаждение исполнительных электродвигателей ГПМ?
25. Какие системы тормозов используются в ГПМ?
26. В чем состоит разница между контроллерами, командоконтроллерами и магнитными контроллерами?
27. Что такое раздельные и совмещенные командоконтроллеры? Для каких механизмов кранов они используются?
28. В чем суть автоматизации пуска и торможения ГПМ?
29. Какие виды защитных устройств используются в ГПМ?
30. Каковы причины возникновения токов короткого замыкания в электрических цепях?
31. Чем опасны токи короткого замыкания?
32. Почему защитные устройства от токов короткого замыкания должны срабатывать мгновенно?
33. Какие виды защитных устройств от токов короткого замыкания применяются в электроприводах ГПМ?
34. В чем состоит отличие токов короткого замыкания от токов перегрузки?
35. Чем отличаются тепловые токовые реле от тепловых температурных?
36. Для чего нужна нулевая защита? Какие устройства используются в качестве защитных при снижении напряжения?
37. Как действует нулевая защита? Что надо сделать, чтобы продолжить работу электропривода после восстановления напряжения?
38. Объясните устройство и принцип действия ленточного тормозного устройства
39. Объясните устройство и принцип действия дискового тормозного устройства
40. Объясните устройство и принцип действия колодочного тормозного устройства с эле-
ктромагнитным приводом
41. Объясните устройство и принцип действия тормозного устройства с электрогидравлическим приводом
42. В каких механизмах ГПМ используются электрогидравлические толкатели?
43. Объясните устройство принцип действия колодочного тормоза с электрогидравли-
ческим толкателем
44. Объясните работу схемы управления электропривода механизма подъема грузового крана фирмы «Сименс»
45. Какие защитные устройства и блокировки используются в схеме управления электро-
привода механизма подъема грузового крана фирмы «Сименс»?
46. Объясните работу схемы включения катушек электромагнитных тормозов электропривода грузового крана фирмы «Сименс»
47. Объясните работу схемы управления электропривода механизма поворота грузового крана фирмы «Сименс»
48. Какие защитные устройства и блокировки используются в схеме управления электро-
привода механизма поворота грузового крана фирмы «Сименс»?
49. Объясните работу схемы управления электропривода механизма изменения вылета стрелы грузового крана фирмы «Сименс»
50. Какие защитные устройства и блокировки используются в схеме управления электро-
привода механизма изменения вылета стрелы грузового крана фирмы «Сименс»?
51. Дайте краткую характеристику электрогидравлическим палубным кранам
52. Объясните устройство электрогидравлического крана типа 2КЭГ 12018
53. Каким образом управляют приводами электрогидравлических палубных кранов?
Объясните работу станции управления ЭГК
54. Объясните работу гидросхем ЭКГ
55. Как работает гидросхема грейферного крана Либхер?
56. Как устроены и работают основные машины ЭГК и механизм поворота?
57. Как устроен и работает привод насосов ЭКГ?
58. Как устроена подвеска каната ЭКГ ?
59. Как работает поворотная опора ЭКГ:
60. Объясните устройство дискового гидравлического тормоза крана Либхер
61. Как устроена лебедка крана Либхер?
62. Объясните устройство и принцип действия редуктора привода насосов крана Либхер
63. Объясните особенности механических систем управления ЭКГ
64. Объясните работу электрической системы управления ЭКГ
65. Как управляются ЭКГ с выносных пультов управления?
66. Как обеспечить надежность и безопасность ЭГК?
67. Каковы особенности системы управления ЭКГ Либхер?
68. Перечислите характерные отказы систем управления и механизмов ЭКГ типа КЭГ 12018
69. Перечислите характерные отказы систем управления и механизмов ЭКГ Либхер
70. Как подготовить краны типа КЭГ к работе? Как остановить кран?
Каким образом поодерживается необходимое качество масла КЭГ?
71. В чем состоит техническое обслуживание ЭГК?
72. Как классифицируются судовые подъемники?
73. Объясните работу схемы управления электропривода 1-скоростного лифта на 2 остановки
74. Какие защитные устройства и блокировки используются в схеме управления электро-
привода 1-скоростного лифта на 2 остановки?
75. Перечислите причины отказов в работе электрооборудования, связанные с воздейст-
вием окружающей среды
76. Перечислите причины отказов в работе электрооборудования, связанные с напряжен-
ным режимом работы
77. В чем состоит обслуживание электроприводов ГПМ?
78. В каком порядке осуществляется поиск неисправностей, возникающих в работе элек-
троприводов ГПМ?
РАЗДЕЛ 3. ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
1. Классификация ГЭУ
Гребные электрические установки (ГЭУ) могут быть классифицированы по следую
щим признакам:
ного рода тока );
2. по типу первичного двигателя - дизель-электрические, турбо-электрические и газотурбоэлектрические;
3. по системе управления - с ручным управлением и с автоматическим управлени-
ем;
4. по способу соединения гребного электродвигателя с винтом - с прямым соедине
нием и с зубчатым соединением.
В гребных электрических установках постоянного тока в качестве главных генера-
торов применяются генераторы с независимым возбуждением, а в качестве гребных электродвигателей двигатели с независимым возбуждением.
В гребных электрических установках переменного тока в качестве главных генера
торов применяются синхронные машины, а в качестве гребных электродвигателей синхронные или асинхронные.
Появление мощных управляемых полупроводниковых выпрямителей привело к созданию ГЭУ переменно-постоянного тока ( двойного рода тока ).
Преимуществами ГЭУ переменно-постоянного тока являются:
1. высокая надежность и экономичность синхронных генераторов;
2. плавное и экономичное регулирование частоты вращения гребного электродвига
теля, управляемого выпрямителем;
3. возможность питания электроэнергией всех судовых потребителей от главных генераторов (единая электростанция переменного тока).
2. ГЭУ постоянного тока
2.1. Основные сведения
Гребные электрические установки постоянного тока, в которых гребные двигатели и питающие их генераторы являются электрическими машинами постоянного тока, отлича
ются простотой, удобством и плавностью регулирования частоты вращения гребных винтов в широком диапазоне их моментов нагрузки.
ГЭУ постоянного тока используются в установках малой и средней мощности на судах с высокой маневренностью. Ограничение мощности ГЭУ постоянного тока опреде-
ляется тем, что создание электрических машин большой мощности на постоянном токе сложнее, чем на переменном.
2.2. Схемы включения генераторов и гребных двигателей ГЭУ постоянного тока
В ГЭУ постоянного тока используется ряд вариантов основных схем включения генераторов и гребных электрических двигателей. Некоторые из них приведены на рис.
14.1.
Рис. 14.1. Схемы соединения генераторов и двигателей в ГЭУ постоянного тока
Схема с последовательным включением генераторов и якоря двигателя (рис. 14.1, а) позволяет получить повышенное напряжение питания двигателя, поскольку напряже-
ния генераторов суммируются при номинальном токе генератора.
Например, если напряжение генератора 600 В, то на двигатель будет подано 1200 В. По требованию Правил Регистра - это предельное значение напряжения, которое допу-
стимо между двумя любыми точками цепи главного тока ГЭУ.
В ГЭУ с последовательным соединением генераторов возможна опасная аварийная ситуация, если один из первичных двигателей лишается подачи топлива, например, из-за заклинивания топливного насоса дизеля.
Через генератор продолжает при этом идти ток главной цепи. Создается большой отрицательный момент на валу генератора, который остановит аварийный первичный дви
гатель и начнет вращать его в обратную сторону, что приведет к крупным повреждениям дизеля. Эту ситуацию следует быстро фиксировать соответствующими датчиками ( часто
ты вращения, давлении воды, масла), которые выдают сигнал аварийной остановки и обе
спечивают снятие возбуждения генератора.
Схема с параллельным включением генераторов (рис. 14.1, б) обеспечивает удобст-
во включения и отключения отдельных генераторов.
Если генераторы установлены на одном валу, то равномерность их нагрузки обеспе
чивается относительно просто. Если генераторы имеют различные первичные двигатели, то равномерное распределение нагрузок достигается с помощью дополнительных мер, например путем введения перекрестных связей между последовательными обмотками возбуждения.
На рис. 14.1, в приведен пример схемы одноконтурной ГЭУ с последовательным соединением четырех генераторов и двух двигателей. Такая схема, в которой чередуются пара генераторов и один двигатель, позволяет понизить напряжения между любыми двумя точками цепи до двойного напряжения одного генератора и тем самым повысить безопас-
ность обслуживания ГЭУ.
ГЭУ такого состава генераторов и ГЭД может иметь и двухконтурную структуру: каждый электродвигатель питается от своей пары последовательно (или параллельно) соединенных генераторов. Два контура ГЭУ обеспечивают большую надежность работы установки в целом.
2.3. Принципиальная схема дизельной электрической установки (ДГЭУ) на постоянном токе
Пример принципиальной схемы дизельной электрической установки (ДГЭУ) на постоянном токе показан на рис. 14.2.
Рис. 14.2. Принципиальная схема дизельной электрической установки на постоянном токе
Подобные . схемы используются на буксирах, судах ледового плавания и ледоко-
лах
Основные элементы установки:
1. первичный двигатель ПД, частота вращения которого поддерживается постоянной регулятором Р, изменяющим расход топлива;
2. генератор постоянного тока Г с двумя обмотками возбуждения;
3. гребной двигатель Д;
4. возбудительный агрегат, состоящий из асинхронного приводного двигателя АД, возбудителя генератора ВГ и возбудителя двигателя ВД;
5. : пост управления ПУ, расположенный в ходовой рубке или ЦПУ.
При перемещении рукоятки на ПУ из нулевого в заданное положение движок по-
тенциометра ПР смещается из положения «0» и напряжение подается на первую обмотку возбудителя, по которой пойдет ток возбуждения возбудителя генератора I, создаю-
щий поток возбуждения возбудителя генератора Ф.
В возбудителе генератора ВГ появляется ЭДС, создающая ток в его обмотке само-
возбуждения, ток в обмотке возбуждения генератора и связанный с ним поток Ф.
В генераторе возникает ЭДС, которая создает ток I в якорной цепи генератора и двигателя. Двигатель имеет постоянный поток возбуждения Ф, и поэтому при появлении тока I возникает момент М, вращающий якорь двигателя и винт.
Для ограничения тока при пуске и создания мягкой характеристики ГЭУ предусмат
ривается обратная отрицательная связь по току: пропорционально току I возникает поток Ф второй обмотки возбуждения, размагничивающей ВГ и тем самым ослабляющий ЭДС генератора.
Такая схема называется схемой с трехобмоточным возбудителем. Компенсационная обмотка КО и обмотки дополнительных полюсов ДП электродви
гателя играют в схеме роль сопротивления, падение напряжения на котором пропорцио
нально току I.
Рис. 14.3. Механические характеристики ГЭУ постоянного тока при регулировании возбуждения генератора ( а ) и гребного электродвигателя ( б )
Типичные механические характеристики гребных электродвигателей постоянного тока при регулировании тока возбуждения генератора I и тока возбуждения двигателя I(при постоянстве тока якоря I ) показаны на рис. 14.3.
Статические режимы работы ГЭУ определяются, как и в любом электроприводе, точками пересечения механических характеристик электродвигателя и характеристик греб
ного винта. Последние показаны на рис. 14.3, б для полного хода судна (1) и при стоянке на швартовых (2).
3. ГЭУ переменного тока
3.1. Типы гребных электродвигателей
В классических схемах ГЭУ переменного тока используются генераторы синхрон-
ного типа и синхронные или асинхронные гребные электродвигатели.
Такие ГЭУ переменного тока проектируются для судов с относительно редкими из-
менениями режима движения.
3.2. Уровень напряжений
Для ГЭУ переменного тока характерно использование повышенных напряжений:
при мощности ГЭУ до 10 МВт 3 кВ, при больших мощностях до 6 кВ. Номинальная частота принимается на электроходах отечественной постройки обычно 50 Гц.
В ГЭУ переменного тока повышенной мощности (более 10 МВт) устанавливаются турбины ( ТЭГУ ), а при малых и средних мощностях (до 1015 МВт) дизели ( ДЭГУ).
3.3. Способы регулирования скорости гребных электродвигателей
Регулирование частоты вращения гребных электродвигателей в ГЭУ переменного тока с винтами фиксированного шага ВФШ обеспечивается преимущественно изменением частоты напряжения генераторов (частоты вращения первичных тепловых двигателей), а также путем использования в качестве гребных электродвигателей асинхронных машин с фазным ротором.
Частотное управление угловой скоростью гребных электродвигателей переменного тока оказывается энергетически выгодным, так как при этом достигается минимизация их электрических потерь. Вместе с тем это отрицательно сказывается на технических характе
ристиках первичных двигателей с широким регулированием их частоты вращения.
3.4. Реверс ГЭД
Изменение направления вращения гребных электродвигателей достигается пере-
ключением фаз в главной цепи, число которых, как правило, выбирается равным трем.
3.5. Структурные схемы ГЭУ переменного тока
В ГЭУ переменного тока устанавливают, как правило, несколько ГЭД и генера-
торов, включаемых параллельно.
Режимы параллельной работы генераторов ГЭУ при регулировании в широких пределах частоты напряжения для изменения скорости хода судна требуют прецизион-
ного ( особо точного ) синхронного регулирования частоты вращения первичных двигате
лей также при широких пределах ее изменения. Это необходимо для того, чтобы при регулировании подачи топлива частота тока каждого параллельно включенного генерато
ра изменялась бы одинаково ( синхронно ).
Рис. 14.4. Регулирование частоты вращения ГЭД асинхронного типа с фазным ротором с потерей ( а ) и рекуперацией ( б ) энергии скольжения
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором пу-
тем обычного включения в цепь ротора реостатов R ( рис. 14.4, а) связано со значительной потерей энергии на их нагрев.
Поэтому энергетически более выгодна вентильно-каскадная схема рекуперации потерь роторной цепи (потери на скольжение) в цепь главного тока через вентильный вы
прямитель В и преобразователь электромашинного типа Д - СГ (рис. 14.4, б) или через полупроводниковый управляемый преобразователь. В этом случае механическая энергия,
подкручивающая винт, а значит, ротор ГЭД, переводит ГЭД в генераторный режим. Элект
роэнергия, вырабатываемая гребным электродвигателем, возвращается ( рекуперируется ) через управляемый выпрямитель В в сеть, что экономично.
Одним из способов обеспечения регулирования режима работы ГЭУ переменного тока, который позволяет избежать трудностей регулирования частоты вращения двигате-
лей переменного тока, является использование винтов регулируемого шага.
3.6. Принципиальная схема одновальной ТЭГУ на переменном токе
Принципиальная схема возможного варианта одновальной турбоэлектрической установки на переменном токе, показанная в качестве примера на рис. 14.5, имеет две турбины Т1 и Т2 с регуляторами Р1 и Р2, дистанционно связанными с постом управления ПУ, с которого осуществляет ся плавное изменение частоты вращения гребного синхрон
ного двигателя Д и винта В.
Возбудительный агрегат ВГ- АД -ВД с зависимым параллельным включением обмоток возбудителей генераторов ОВГ и двигателя ОВД обеспечивает регулируемое воз
буждение этих машин. Автоматы А и переключатель П предназначены со ответственно для включения генераторов Г1 и Г2 и переключения следования фаз(реверса) гребного двигателя Д.
Рис. 14.5. Принципиальная одновальная ТГЭУ на переменном токе
Реверс установки осуществляется в следующем порядке. Прежде всего снижают частоту вращения гребного вала путем воздействия на регуляторы турбин, затем плавно уменьшают напряжение всех синхронных машин. Когда ток в главной цепи спадает до ну-
ля, производят коммутацию реверсивного переключателя П.
Далее повышают напряжение генераторов и двигателей и увеличивают подачу ра
бочего тела G в турбины. При снижении напряжения параллельно работающих генерато
ров может произойти выпадение их из синхронизма, поэтому должно быть предусмотрено обеспечение синхронности вращения генераторов при снятом возбуждении.
4. ГЭУ двойного рода тока
4.1. Основные сведения
Гребными установками двойного рода тока называются такие установки, в которых в качестве источников электроэнергии используются синхронные генераторы переменно
го тока, а в качестве гребных электродвигателей электродвигатели постоянного тока.
Появление таких установок стало возможным благодаря развитию полупроводнико
вой техники, на базе которой были созданы выпрямители двух типов:
Появление мощных, на сотни кВт, выпрямителей позволило объединить высокие маневренные качества ГЭУ постоянного тока с достоинствами ГЭУ переменного тока (возможность применения высокооборотных первичных двигателей, малые массогабарит
ные показатели).
4.2. Структурная схема ГЭУ двойного рода тока с неуправляемым выпрямителем
Структурная схема гребной электроустановки двойного рода тока с неуправляе-
мым выпрямителем в виде одного из возможных вариантов представлена на рис. 14.6.
Рис. 14.6. Структурная схема ГЭУ двойного рода тока
Синхронный генератор СГ, питающий гребной электродвигатель постоянного тока ГЭД независимого возбуждения, вращается первичным двигателем ПД с постоянной частотой ω.
Гребной электродвигатель ГЭД постоянного тока подключается к синхронному ге
нератору через неуправляемый выпрямитель НВ.
Регулирование выпрямленного напряжения U осуществляется изменением тока в обмотке возбуждения синхронного генератора ОВГ , при помощи тиристорного возбуди-
теля генератора ТВГ. Последний управляется регулятором возбуждения УВГ в зависимо
сти от сигнала с пульта управления ПУ, режима главной цепи (тока I и напряжения U) и уставок максимального тока Iи эталонного напряжения U.
В схеме возбуждения ГЭД применяется реверсивный тиристорный возбудитель ТВД, управляемый отдельным регулятором УВД. Этот возбудитель предназначен для реверса ГЭД.
Синхронный генератор, неуправляемый выпрямитель и гребной электродвигатель образуют систему, аналогичную по структуре ГЭУ постоянного тока.
Однако механические характеристики такой схемы ГЭУ менее жестки, чем у ГЭУ постоянного тока, благодаря большим внутренним сопротивлениям СГ и НВ.
Пуск гребного электродвигателя осуществляется.подачей тока одновременно в об
мотки возбуждения СГ и ГЭД. При этом пусковые токи I меньше, чем у ГЭУ постоянного тока.
Необходимая величина электромагнитного момента ГЭД при заклинивании винта обеспечивается формой внешней характеристики синхронного генератора, выпрямителя и жесткой обратной связью по току ( кI ).
Режим постоянства мощности ГЭУ в широком диапазоне частот вращения ГЭД ав-
томатически обеспечивается двумя жесткими отрицательными обратными связями (по то-
ку I и напряжению U ), которые вводятся в регуляторы возбуждения.
Реверс ГЭД производится изменением направления тока в обмотке возбуждения двигателя ОВД, которое осуществляется реверсивным тиристорным возбудителем ТВД.
Именно ГЭУ двойного рода тока с неуправляемыми выпрямителями в цепи якорей ГЭД постоянного тока была реализована на ледоколе-атомоходе «Арктика», что обеспечи-
ло:
1. высокую маневренность (широкий диапазон регулирования частоты ГЭД и доста
точную быстроту ее изменения) и простоту управления ГЭУ;
2. возможность создания турбогенераторных агрегатов без редукторов и удобство их компоновки в машинном отделении;
3. снижение шумности и вибрации элементов ГЭУ;
4. повышение КПД установки;
5. наибольшую простоту исполнения и надежность работы ГЭД и их питания.
4.3. ГЭУ двойного рода тока с ВРШ
Применение ВРШ для ГЭД имеет следующие преимущества:
1. постоянство частоты вращения двигателей генераторов;
2. постоянство частоты вращения гребного электродвигателя, а значит, гребного винта.
Регулирование скорости винта осуществляется изменением угла поворота лопастей на ВРШ, а реверс изменением направления поворота лопастей относительно нулевого положения.
Постоянство частоты вращения первичных двигателей гребных электроустановок обусловливает возможность отбора мощности от шин системы электродвижения для обще
судовых потребителей (ОСП), а также более рационального использования установленной мощности судовой электростанции.
В зависимости от вида выпрямительного устройства в главной цепи возможны два типа ГЭУ двойного рода тока:
1. с неуправляемыми (на диодах) выпрямителями (статическими преобразователя-
ми);
лями).
Схемы главного тока ГЭУ двойного рода тока аналогичны схемам ГЭУ постоянно
го тока, но предельная мощность синхронных генераторов не ограничена и число их опре
деляется только соображениями надежности и живучести.
Статические преобразователи выполняются по шести- или двенадцатифазным схе
мам выпрямления. Кроме того, в схемах с управляемыми выпрямителями включаются токоограничивающие и фильтрующие дроссели.
Выпрямительные мосты на стороне постоянного тока могут быть соединены после
довательно или параллельно. Выпрямительные мосты включаются на разные, сдвинутые на 30 эл. град., обмотки сдвоенных генераторов или через трансформаторы для предотвра
щения коротких замыканий через последовательно соединенные вентили.
4.4. Сравнение эксплуатационных свойств ГЭУ двойного рода тока и ГЭУ постоянного и переменного тока
Гребные электроустановки двойного рода тока превосходят по своим характеристи
кам ГЭУ как постоянного, так и переменного тока.
ГЭУ двойного рода тока имеют лучшие массо-габаритные показатели, чем ГЭУ по-
стоянного тока, из-за применения дизелей с повышенной частотой вращения и турбин без редукторной передачи.
Благодаря отсутствию коллектора синхронные генераторы легче, чем генераторы постоянного тока. Так, синхронный генератор мощностью 1000 кВт при частоте вращения 1000 об/мин имеет относительную массу 6,3 кг/кВт при относительной массе 9 кг/кВт гене
ратора постоянного тока той же мощности и частоты вращения.
5.1. Основные сведения
Основная задача при эксплуатации ГЭУ - обеспечить ее безотказную и безаварий
ную работу и постоянную готовность к действию, что достигается выполнением следую-
щего:
1. квалифицированное обслуживание;
2. своевременное пополнение судов с ГЭУ сменно-запасными частями и материала
ми;
3. определение объемов профилактических и ремонтных работ, выполняемых судо
вым экипажем;
4. выполнение графиков профилактических осмотров и ремонтов в соответствии с инструкциями по обслуживанию электрооборудования ГЭУ;
5. проведение расширенных испытаний и наладка ГЭУ в соответствии с целевым назначением судна;
6. постоянный контроль загрязнения изоляционных поверхностей угольной пылью и маслом в электрических машинах ГЭУ;
7. проверка состояния кабелей и заделка их оконцеваний.
В комплекс мероприятий ТЭ входят: обслуживание, уход и ремонт.
5.2. Обслуживание ГЭУ включает: пуски электрооборудования, остановки, набор требуемых схем и поддержание соответствующих режимов, переключения различного рода, проверку и наблюдения за работающими механизмами и аппаратурой, т. е. всю оперативную работу, выполняемую обслуживающим персоналом во время несения вахт.
5.3. Подготовка ГЭУ к работе
Подготовка ГЭУ к работе начинается задолго до того, как будет подана команда о запуске машин. Запас времени необходим для выполнения различных работ, связанных с пуском установки.
На электроходах, находящихся в эксплуатации, ГЭУ должна находиться в опреде-
ленной готовности. Готовность - это то максимально допустимое время, в течение которо-
го ГЭУ вводится в действие. Практически это время между подачей команды о запуске дизелей и передачей управления на мостик.
Время готовности устанавливается капитаном или вахтенным штурманом. При пе
реводе установки в новую готовность время действия ее начинается по истечении дейст
вия ранее заданной готовности.
Например, ГЭУ находится в 2-часовой готовности. При объявлении другой готов
ности она вступает в силу только через 2 ч.
Получив распоряжение вахтенного штурмана о подготовке машины к работе и уточ
нив время передачи управления на мостик, вахтенный электромеханик записывает это при
казание в вахтенный журнал и докладывает об этом старшему электромеханику.
Подготовка ГЭУ к работе во многом зависит от того, в какой готовности она нахо-
дилась. При продолжительной готовности (2 -8 ч) отдельные узлы установки могут выво-
диться из работы с таким расчетом, чтобы успеть закончить работу в течение заданной готовности.
В этом случае, получив указание о подготовке установки к работе, заканчиваются все ремонтные и профилактические работы, производится осмотр машин, щитов и приле-
гающих площадей. Замеряют сопротивление изоляции, и результаты заносят в вахтенный журнал. Проверяют в работе преобразователи, возбудители, вентиляцию главных машин, машинные телеграфы и другие механизмы.
Главные машины проворачивают валоповоротным устройством, при этом должно быть подано масло на все подшипники. Убедившись в исправности всех узлов, вахтенный электромеханик, докладывает старшему электромеханику о готовности установки к пуску.
Если гребная установка находится в кратковременной готовности (1530 мин), выполнять какие-либо работы, связанные с разборкой узлов и машин не разрешается.
Аппаратуру и машины осматривают заранее. Перед пуском проверяют сопротивле
ние изоляции и результаты заносят в вахтенный журнал.
Подготовка ГЭУ к пуску производится в соответствии с инструкцией по эксплуата
ции данной установки, «Правилами технической эксплуатации» и «Правилами техники безопасности».
5.4. Опробование ГЭУ в работе
Управление ГЭУ может быть переключено на мостик только после предваритель-
ного опробования с поста управления, расположенного в машинном отделении. Работу установки проверяют сначала без нагрузки по щитовым приборам, а затем в различных режимах.
Проверка защиты от снижения оборотов первичных двигателей производится по-
очередным снижением оборотов на машинах, результаты проверки заносятся в вахтенный журнал.
Проворачивание гребного винта возможно только после разрешения вахтенного штурмана и механика. Получив разрешение, вахтенный электромеханик делает пробное проворачивание на один-два оборота в обе стороны, наблюдая при этом по щитовым при-
борам за работой схемы. Перед проворачиванием необходимо убедиться, что отключено валоповоротное устройство, это особенно относится к схемам, не имеющим блокировки валоповоротного устройства.
Убедившись в исправной работе всех узлов ГЭУ, управление может быть переклю-
чено на мостик, о чем сообщается капитану или вахтенному штурману дополнительно по телефону или сигнализацией. Одновременно сообщается о том, сколько машин находится в работе и какой режим работы машин.
Вахтенный штурман, управляющий нагрузкой ГЭУ, должен знать характерные осо-
бенности данной установки (скорость перекладки рукоятки поста, время отработки ко-
манд, возможности перегрузки машин и т. д.). Время переключения управления на мостик заносится в вахтенный журнал.
5.5. Наблюдение за работой ГЭУ при несении вахты
Во время работы ГЭУ в обязанности вахтенного электротехнического персонала входит:
1. наблюдение за работой главных генераторов, ГЭД, состоянием их коллекторов, щеточного аппарата, за коммутацией и системой охлаждения и смазки;
2. наблюдение за работой возбудительных агрегатов и регуляторов в их цепях;
3. наблюдение за коммутационной аппаратурой и приборами.
При появлении неисправности, срабатывании защит, работе тревожной сигнализа-
ции необходимо принимать меры к устранению этой неисправности и докладывать стар-
шему электромеханику о случившемся.
Все работы, производимые с ГЭУ, должны выполняться только под непосредствен
ным наблюдением и . в присутствии второго электромеханика. Вахтенный электромеханик должен каждый час заносить в вахтенный электротехнический журнал показания приборов.
О каждом случае ненормальной работы ГЭУ в вахтенном журнале должна быть сделана соответствующая запись. Кроме того, в журнал заносятся все работы, произведен
ные с ГЭУ за вахту.
Вахтенный электромеханик во время вахтенной службы находится у поста управления ГЭУ, расположенного в машинном отделении. За работой механизмов, расположен-
ных вне поста управления, наблюдают вахтенные и старшие электрики. Отлучаясь с поста управления для осмотра механизмов во время вахты, вахтенный электромеханик оставля-
ет вместо себя квалифицированного старшего электрика.
Контрольные вопросы
соединением генераторов и гребных электродвигателей?
генераторов и гребных электродвигателей?
ном токе?
вании скорости изменением возбуждения генераторов?
11. Объясните механические характеристики ГЭУ постоянного тока при регулиро
вании скорости изменением возбуждения гребных электродвигателей?
ного и переменного тока
ми выпрямителями?
ми выпрямителями?
ми выпрямителями?
ми ( на примере а/х «Арктика» )?
РАЗДЕЛ 4. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
1. Системы централизованного контроля СТС
1.1. Основные сведения
Современное судно оснащено сложными техническими системами различного на-
значения, безаварийная эксплуатация которых во многом зависит от своевременности по-
лучения и анализа контрольно-измерительной информации о состоянии объектов и устройств.
Для выбора правильного управляющего решения оператору приходится перераба-
тывать большой объем информации по различным контролируемым параметрам, иногда быстро изменяющим свое значение. Например, на атомном ледоколе «Сибирь» в течение 5 с измеряется и контролируется около тысячи параметров. Естественно, что человек при самой хорошей тренированности и опытности неспособен за такой короткий промежуток времени воспринять и осмыслить такой объем информации.
На помощь человеку-оператору приходят измерительные системы, возможности которых по объему и скорости измерений и обработке результатов значительно выше, чем у человека. При этом с помощью измерительной системы оператору выдается обобщенная сокращенная информация о состоянии объектов, а зачастую и рекомендации по принятию управляющих воздействий на объекты регулирования.
1.2. Функции измерительных систем
Измерительные системы предназначены для выполнения следующих операций:
1. получение информации непосредственно от контролируемого объекта от первич-
ных измерительных датчиков;
2. выполнение измерительных операций, т. е. сравнение измеряемого значения X с известным значением А, а также преобразование непрерывного сигнала в дискретный (квантование), а в ряде случаев и цифровое кодирование значений X;
3. производство математических и логических операций при косвенных или сово
купных измерениях;
4. хранение полученной информации и выдача ее оператору в требуемом виде.
На морских судах в последние годы устанавливаются автоматические измеритель-
ные информационные системы нескольких разновидностей.
1.3. Обобщенная структурная схема ИИС
В наиболее общем виде структурная схема судовой измерительной информацион-
ной системы состоит из таких частей ( рис. 15.1 ):
Рис. 15.1. Обобщенная структурная схема ИИС
1 - первичные измерительные преобразователи физических величин (температуры,
давления, уровня, напряжения, тока), представляющие их в виде электрического сигнала;
2 - коммутирующие устройства, подключающие электрический сигнал к измери-
тельному преобразователю автоматически или по вызову оператора;
3 - измерительные преобразователи, переводящие аналоговые электрические сигна
лы в унифицированный сигнал. В некоторых случаях измерительные преобразователи меняют масштаб с целью получения результата измерения в принятых единицах;
4 - аналого-цифровые преобразователи (АЦП), осуществляющие собственно изме-
рение, квантование и цифровое кодирование;
5 - цифровые индицирующие устройства, предназначенные для выдачи результата измерения в цифровой форме в десятичном коде;
6 - цифровые регистрирующие устройства, обеспечивающие регистрацию резуль-
тата измерения, номера контролируемого параметра и времени измерения;
7 - электронные вычислительные машины (ЭВМ), выполняющие различные мате
матические операции и сбор статистических данных о ходе измеряемого процесса;
8 - управляющие устройства, обеспечивающие выполнение заданной программы по определенному алгоритму;
9 - устройства контроля, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации при отклонении параметра от нормы;
10 - устройства светозвуковой сигнализации, обеспечивающие выдачу оператору световых сигналов, указывающих место неисправности, а также обобщенных светозвуко-
вых сигналов в различные помещения судна.
Судовые ИИС имеют различную структуру, но все они строятся на принципе цент-
рализации измерений путем программного или по вызову оператора подключения первич-
ных преобразователей к одному или нескольким измерительным преобразователям.
1.4. Классификация судовых ИИС по назначению
В настоящее время не существует единой признанной классификации судовых ИИС. Наиболее распространенной классификацией ИИС является разделение ее по функ-
циональному назначению и по структуре.
По назначению ИИС могут быть разделены на три группы:
1. измерительные системы (ИС);
2. системы автоматического контроля и управления;
3. системы технической диагностики (СТД).
Измерительные системы обычно используются при исследованиях сложных объек-
тов, они имеют хорошие метрологические характеристики и обеспечивают оператора необ
ходимой измерительной информацией о состоянии объекта.
Информация в таких системах имеет количественный характер и выдается операто-
ру, как правило, в принятых единицах.
Средства представления информации самые различные: показания стрелочных и цифровых приборов, графики, таблицы и т. д. С помощью некоторых измерительных систем выполняют математическую обработку измерительной информации.
Результат измерения в таких системах выдается в виде логических заключений их обобщенных данных. Обработка результатов измерений в системах первой группы иногда производится с запаздыванием, поэтому объем запоминающих устройств может быть зна-
чительным.
Основные характеристики судовых измерительных систем:
1. чаще всего в ИС используются входные электрические сигналы в виде напряже-
ния постоянного тока в пределах от десятков микровольт до сотен милливольт;
2. число точек измеряемых параметров на судах колеблется от сотен до тысячи. Ко-
личество параметров зависит от назначения и типа судна;
3. погрешность измерения составляет ± (0,5ч-1,5) %. В основном используются методы цифровой измерительной техники, с помощью которой обеспечивается высокая точность измерений, практически недосягаемая при использовании аналоговых измерительных устройств;
4. как правило, предусматривается вывод информации на цифровую регистрацию и электронную вычислительную машину.
Системы автоматического контроля и управления предназначены для сравнения измеряемых параметров, характеризующих контролируемый объект, со значениями этих параметров (уставками), принятыми за нормальные или допустимые. Часто системы автоматического контроля и управления называют системами централизованного контроля.
Характер «поведения» объектов практически известен заранее, а все его возмож-
ные состояния подразделяются, как правило, на нормальные и допустимые («норма» и «отклонение от нормы»). Информация, выдаваемая системой, имеет качественный харак-
тер и отвечает на вопрос: находится объект в заданном режиме или вышел за допустимые пределы. Поэтому система автоматического контроля может быть менее универсальна, чем измерительная.
Системы технической диагностики (СТД) на основании результатов измерений вы-
дают обобщенные сведения о состоянии объекта, характере неисправностей и способах их устранения. В СТД широко используются вычислительные и логические устройства.
Разделение систем на три группы весьма условно. С помощью большинства судо-
вых систем автоматического контроля и сигнализации можно одновременно и измерять -параметры. Измерительные системы, имеющие обратные связи с объектом, по структуре не отличаются от систем диагностики.
1.5. Классификация судовых ИИС по построению ( структуре )
Число возможных структурных вариантов ИИС может быть очень большим.
Рис. 15.2. Структурные схемы судовых ИИС: а с общим измерительным каналом;
б с параллельным измерительным каналом; в с развертывающим преобразова-
нием
По построению ( структуре ) ИИС делятся на три вида:
1. системы с одним измерительным каналом, к которому последовательно подклю-
чаются различные первичные преобразователи. К ним принадлежат структуры параллель-
но-последовательного типа ( рис.15.2, а). Переключение первичных преобразователей осу
ществляется коммутатором.
По таким структурным схемам выполнена ИИС «Датацент», установленная на су-
дах тина «Новгород».
2. системы с несколькими параллельными каналами для измерения и контроля (рис. 15.2, б). К ним принадлежат структуры параллельного действия.
Общими в таких системах являются устройства управления УУ и представления информации УПИ. Системы с параллельными каналами могут иметь и независимые устройства представления информации в каждом канале.
Примерами такой структурной схемы могут быть системы непрерывного контроля и измерения, установленные на судах типа «Варнемюнде» и «Инженер Мачульский».
3. системы, в которых процесс измерения осуществляется для всех каналов с помо-
щью меры М (рис. 15.2, в) и индивидуального для каждого канала устройства сравнения СУ измеряемой величины с мерой. Судовые ИИС, имеющие подобную структуру, называются мультиплицированными развертывающими системами.
Такую структуру имеет аналоговая приставка АНЛ1-2 в судовой измерительно-ин-
формационной системе АЛСИ1-2 на судах типа «Новомиргород».
Надежность структурной схемы с несколькими параллельными каналами для изме-
рения и контроля намного выше надежности структурной схемы с общим измерительным каналом, так как при выходе измерительного канала из строя выводится из эксплуатации вся система. Однако структурная схема первой группы может быть значительно проще и дешевле.
1.6. Принцип действия судовых ИИС
Все рассмотренные структурные схемы судовых ИИС ( рис.15.2) имеют в своем составе устройство управления. С помощью этого устройства задается алгоритм работы системы: организуется взаимодействие всех узлов и последовательность выполнения различных операций, выбирается частота опроса первичных преобразователей, определяются пределы измерения по каждому из каналов и обеспечивается сравнение контролируемого параметра с уставкой.
Однако в последнее время отдельные судовые ИИС и СТД имеют встроенные в них мини-ЭВМ, с помощью которых, кроме обработки результатов измерения, выполняются все функции, присущие устройству управления.
В более простых судовых ИИС, работающих в одном или нескольких выбираемых заранее режимах, функции управления упрощаются и могут быть переданы таким устройствам, как коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, устройство представления ин
формации. Например, устройство представления информации, выдав в том или ином виде информацию оператору, может дать команду на установку аналого-цифрового преобразо-
вателя (АЦП) в исходное состояние, а затем - команду коммутатору на подключение оче-
редного первичного преобразователя.
В любом случае, когда система управляется с помощью специальных устройств уп
равления или с помощью каких-либо других функциональных узлов, между отдельными устройствами ИИС происходит обмен командами, т. е. обмен служебной информацией. Поэтому для нормального функционирования судовой ИИС задается алгоритм работы, обеспечивающий информационную совместимость всех узлов, входящих в нее.
2. ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ GEAMAR100 ISL
2.1. Основные сведения Система GEAMAR 100 ISL предназначена для контроля параметров СЭУ и вспомо
гательных механизмов и управления ними.
Система характеризуется надежностью в эксплуатации, четкой структуризацией информации, выдаваемой для пользователя..( см. рис.15.3 ).
Рис. 15.3. Структурная схема системы GEAMAR 100 ISL
Иерархическая структура делает возможным использование системы даже в случае
неисправностей отдельных компонентов системы.
Все функции управления и контроля выполняются автономными локальными стан
циями. Станции соединяются с вышестоящей главной станцией посредством дополнитель
ной системы шин.
Отображение информации происходит на локальной станции как в обработан
ном,так и в сжатом виде на уровне управления.
Локальные станции оснащены ЖКД ( жидкокристаллическими диодами ) и светоди
одными панелями для передачи информации непосредственно персоналу машинного отде
ления.
На уровне управления (на ЦПУ и на мостике) используются цветные графические
системы с высокой уровнем разрешения, имеющие возможности буквенно-цифрового
полномасштабного графического отображения.
При помощи управления манипулятором типа "мышь" и клавиатуры можно полу-
чить исчерпывающую картину текущих состояний системы.
Система предназначена для "контроля и управления одним человеком". В этом слу-
чае система выполняет все функции. Для принятия решения предлагается большой объем
разнообразной информации.
Помимо отображения состояния системы посредством групп точек измерения и изображений данных точек измерения, пользователь также может наблюдать все систем-
ные области в контексте полномасштабных графических мнемодиаграмм.
Также можно наблюдать временные характеристики точек измерения посредством свободно определяемой системы получения тенденций.
Каждая аналоговая точка может быть отображена в виде графика.
Любой выход параметра из заданных пределов (состояние тревоги) отмечается из-
менением цвета.
2.2. Структура системы
В состав системы входят следующие части:
1. главная станция типа LE, состоящая из центральнуой платы ZK502, а также пла
ты компьютерной, памяти и интерфейсной;
2. графическая система Dynavis С;
3. терминал, включающий в свой состав цветной монитор, клавиатуру и
манипулятор типа "мышь";
4. принтер для распечатки зарегистрированных событий и перечней;
5. локальная станция для сбора данных обработки;
6. сигнал вызова вахтенного ВАА 40.
2.3. Главная станция
Главная станция находится на верхнем уровне системы. Она может обмениваться информацией с другими компьютерами уровня управления, и обеспечивать локальные станции информацией.
На основе модели процесса, локальная станция контролирует процесс и направляет данные обработки и информацию о состоянии в главную станцию
Главная станция циклически опрашивает все компоненты, осуществляющие конт-
роль. Имеющиеся данные направляются в главную станцию. Время, которое отводится на опрос, составляет 20 мс на одно устройство контроля.
В то время как локальная станция отвечает за предварительную обработку измеряе
мых величин (например, аналоговое/цифровое преобразование) и за местное управление, главная станция выполняет задания более высокого уровня. Она собирает данные с локаль
ных станций и обрабатывает их далее с целью отображения, распечатки и архивирования.
Штатный ( обычный ) поток информации проходит через локальные и главную станции.
Параметры, подлежащие измерению, попадают на локальное устройство (датчик), преобразуются в электрический сигнал, и подаются на локальную станцию. Здесь сигнал
подвергается предварительной обработке, преобразуется в техническую величину, ее пра-
вильность проверяется.
Информация, имеющая отношение к сигналу, передается посредством локальной шины на главную станцию. Информация хранится в базе данных главной станции.
Если на одной из стадий обработки на локальной станции или в главной станции
компьютер определяет, что величина вышла из заданных пределов, например, повыси-
лась температура выше нормы, в этом случае формируется и подается сигнал тревоги
(«аларм»).
Этот сигнал тревоги можно подавать децентрализованно, как визуальный или аку-
стический сигнал или централизовано, с отображением этого сигнала на мониторе.
Если оператор запрашивает измеренные величины на монитор уровня управления, то данные из базы данных главной станции отображаются на мониторе, с которого посту-
пил запрос.
2.3. Локальные станции и интерфейсы
Используемые локальные станции являются блоками типизированного ряда Geamic 40.
Процессорные устройства включают в свой состав центральный модуль и подсоеди
ненные к нему максимум 9 модулей ввода/вывода, содержащие каналы ввода/вывода для периферийных сигналов.
Центральный модуль подсоединен к LER посредством последовательной шины (модульной шины).
При совмещении различных модулей ввода/вывода (цифровых, аналоговых, счетчи
ков и т.д.), LER можно легко приспособить к различным периферийным процессам.
Максимальное количество возможных комбинаций ограничено скоростью переда-
чи данных модульной шины. Возможная скорость передачи данных - 128 аналоговых вели
чин в секунду.
В сравнении с аналоговыми , цифровые величины можно передать в четыре раза эф
фективнее (в сжатом виде) посредством модульной шины. Так как имеющаяся память и достижимая скорость локальной станции ограничена, количество точек измерения ограни
чен до 250 на модуль.
Все периферийные устройства, такие как принтеры, главные часы и другие компью
терные системы соединены с главной станцией посредством последовательных интерфей-
сов.
Для потенциальной развязки подключения имеются соответствующие преобразова
тели интерфейса.
2.5. Управление главной станцией, размещение информации на мониторе
Имеется один или более терминалов для управления главной станцией.
Оператор ( вахтенный механик, помощник ) получает всю необходимую информа-
цию и сообщения от процессора.
Возможны вмешательства в процесс обработки.
Терминал включает в свой состав цветной монитор, клавиатуру и манипулятор ти-
па "мышь".
Отображение информации осуществляется при помощи различных изображений на мониторе. Это тесно связано с управлением, возможностями выходов принтера и архиви-
рованием. Процесс управления прост и осуществляется посредством полей меню.
Оператор пошагово следует через данные поля к желаемой функции. Способы вво-
да такие:
Экран монитора подразделен на три области ( рис. 15.4 ):
Рис. 15.4. Экран монитора
Верхняя область ( информация о текущем состоянии системы )
Предназначена для выдачи информации о текущем состоянии системы
Эта область содержит данные (текущую информацию), которые всегда отображает-
ся независимо от выбранной функции.
Сюда входит:
Строка 1: Дата, местное время и время по Гринвичу.
Строка 2: Эта строка может отображать максимум 7 данных. Как правило отобража
ются начально установленная скорость, реальная скорость, режим контроля и управления.
Строка 3: Здесь отображены поля выбора для индивидуальных системных полей. В то же время здесь отображаются сигналы тревоги для каждого системного поля.
Строка 4: В данной строке содержатся поля выбора различных списков. Выбор осуществляется посредством манипулятора.
Средняя область ( отображение информации )
Предназначена для отображения выбранной информации.
Здесь отображаются данные, запрашиваемые оператором, например, схемы или списки.
В зависимости от содержания они отображаются буквенно-цифровым или графиче
ским способом.
Нижняя область ( область меню )
Предназначена для выбора оператором желаемых функций.
В данной области содержатся функции, выбираемые в определенное время (меню) Верхняя строка изменяется в зависимости от выбранной функции.
2.6. Рабочая панель ВАТ-415 локальной станции системы GEAMAR
Рабочая панель ВАТ-415 локальной системы показана на рис. 15.5.
Рис. 15.5. Рабочая панель ВАТ-415 локальной системы
Клавиатура ВАТ-415 содержит 29 клавиш со следующими функциями::
Функциональные клавиши
1.1. «esc» ( «выход» ).
Нажатие клавиши "ESC" возвращает Вас на предыдущий уровень. Повторное нажа
тие клавиши "ESC" возвратит Вас в главное меню.
1.2. «alarm list» - ( «перечень сигналов тревог»).
Нажатие клавиши "alarm list" вызовет изображение текущих сигналов тревоги. Если в перечне сигналов нет сигналов тревоги, будет выдано сообщение о состоянии.
1.3. «value+», « value-« ( увеличение величины, уменьшение величины).
С помощью клавиш "value+, value-1" можно изменить значение величины или зна-
чение цифрового параметра (вкл. выкл). После изменения должна быть нажата клавиша "Enter". Клавиши не действуют во время изменения величины.
1.4. «bot/top» ( «низ/ верх», «вниз/ вверх»)
Клавиша служит для перемещения по дисплею, к началу ( «top» ) или окончанию
( «bottom» ) текущего списка.
Клавиша имеет двойную функцию, т.е. когда используется со списком точек изме-
рения, функция "top" действует первой, а при следующем нажатии клавиши действует функция "bot", после чего опять будет действовать функция «top" и т.д.
1.5. «home» ( «дом», «домой» ).
Клавиша "home" действует как клавиша RESET и всегда возвращает в главное меню.
1.6. «next/prev» ( «следующее/предыдущее» ).
Эти клавиши вызывают на высший уровень измерений (РV), переход к последую-
щей или предыдущей точке с фиксированной последовательностью.
Клавиши используются для изменения величин или параметров. Если нажата клави
ша "prev" на первой точке PV, будет показана последняя точка этого РV.
Если нажата клавиша "next" на последней точке PV, будет показана первая точка PV.
Клавиши управления
2.1. «quit» ( «выход» ).
Служит для снятия ( отключения ) звукового сигнала.
Возможны следующие режимы клавиши QUIT:
вой сигнал.
При повторном нажатии «quit» происходит переход на высший уровень измерений (РV)
2.2. «lamp test» ( «проверка исправности сигнальных ламп», «тест ламп»).
Нажатие этой клавиши вызывает тест ламп на панели ВАТ. Все светодиоды, пиксе-
ли дисплея и светящиеся клавиши будут кратковременно включены.
2. 3. «enter» ( «ввод»).
Нажатие клавиши "enter" дает различные результаты в разных случаях.
При использовании меню, нажатие клавиши "enter" приводит к переходу на сле-
дующий уровень в меню.
В режиме изменения, при нажатии клавиши "enter" на дисплей вызывается после-
дующая величина высшего уровня измерений (РV)
В режиме ввода, при нажатии клавиши "enter" ввод будет завершен, и последова-
тельность данных будет зафиксирована ( введена в память ).
2.4. «edit» ( «редактирование» ).
Клавиша "edit" открывает поле ввода для текста или цифр.
2.5. «space» ( «пробел» )
Нажатием клавиши "space" вводится пробел.
2.6. «backspace» ( «удаление пробела» ).
Клавиша "backspace" удаляет символ, находящийся перед курсором.
Основные клавиши
3.1. клавиша курсора.
Нажатие клавиши курсора дает различные результаты в разных случаях:
а ) в меню маркер передвигается в выбранную точку этого меню
б ) в перечнях (сигналов, точек измерения) лист движется при помощи клавиш кур-
сора;
в ) в режиме ввода выбирается место ввода символа или цифра;
г ) также в режиме ввода, когда последний выбранный символ или значение уже введено, курсор передвигается на следующую позицию нажатием клавиши курсора.
3.2. буквенно-цифровые клавишии клавши „Mode l Mode 2”
. Буквенно-цифровые клавши непосредственно связаны с клавишами "Mode l - Mode2".
При этом:
1. режиме 1 на буквенно-цифровых клавишах выбираются цифры от 0 до 9;
2. в режиме 2 на буквенно-цифровых клавишах выбираются символы (буквы).
Если буквенно-цифровая клавиша нажата один раз, выбирается левый символ, изо
браженный на этой клавише.
Если клавиша нажата дважды, выбирается средний символ; изображенный на этой клавише.
Если буквенно-цифровая клавиша нажата трижды, выбирается правый символ, изо
браженный на этой клавише.
При использовании меню может быть выбрано необходимое подменю, для чего надо ввести соответствующий номер.
Дежурная система сигнализации ВАА-40
Дежурная система сигнализации ВАА- 40 (см. рис. 15.6 ) предназначена для введе-
ния сигналов тревог в перечень сигналов тревоги и сообщении о них на мостик, главному механику, панелям кают механиков ( от 1-го до 4-го ), электромеханика, комнат отдыха, в кают-компанию и др. общественные помещения. При этом все сигналы отправляются в управляющий компьютер.
Локальные и главный управляющий компьютеры соединены посредством шины
сигналов
Сигналы тревоги передаются непосредственно с локальных компьютеров на блок центрального управления ВАА посредством шины тревог.
. Блок центрального управления ВАА используется для панелей, которые присоеди
нены к нему посредством шины панелей.
Устройство блока ВАА-40 показано на рис. 15.6.
Дежурная cистема сигналов (ВАА)BAA содержит панели управления и отображе-
ния (ВАА), которые служат для отображения, регистрации и подтверждения индивидуаль
ных условий тревоги.
ВАТ подсоединены к шине панелей.
Кроме индикации и подтверждения сигналов тревоги, ВАТ-425 обеспечивает функ
ции для изменения параметров и установки требуемых режимов работы.
ВАТ-426 устанавливается только в каютах механиков и общественных помещени-
ях. В этих типах панелей сигналы тревоги могут только отображаться и подтверждаться.
В дежурной cистеме сигналов (ВАА) используются следующие рабочие и отобража
ющие панели:
1. ВАТ в центральном посту управления (ЦПУ) (ВАТ-425);
2. ВАТ на мостике (ВАТ-425 или ВАТ-426);
3. ВАТ в каютах механиков и в общественных помещениях (ВАТ-426).
Рис. 15.6. Устройство блока ВАА-40
2.8. Панель ВАТ-425 в ЦПУ ( на мостике )
Внешний вид панели ВАТ-425 изображен на рис. 15.7.
Рис. 15.7. Внешний вид панели ВАТ-425
Панель обеспечивает:
1. отображение текущих индивидуальных сигналов тревоги (перечень сигналов тревоги);
2. отображение обзора группы сигнализаций;
3. отображение индивидуальных групп сигнализации;
4. изменение режимов работы: «работа в гавани» ( «harbour operation») и "работа в море" ( «sea operation»), «вахтенный в ЦПУ" ( «ECR manned» ) и "один на вахте" ( «one man operation» );
7. отображение специальных состояний тревоги, например, пожарная тревога, вы-
зов механика и т.д.;
налов тревоги.
2.9. Панель ВАТ-426 в каютах механиков и в служебных помещениях
Внешний вид
Внешний вид панели ВАТ-426 изображен на рис. 15.8.
Рис. 15.8. Внешний вид панели ВАТ-426
Панель обеспечивает:
1. отображение текущих индивидуальных сигналов тревоги (перечень сигналов тревоги):
2. отображение групп сигнализации;
3. отображение индивидуальных групп сигнализации; 4. отображение специальных состояний тревоги; 5. акустическое и визуальное подтверждение отображаемых индивидуальных
сигналов тревоги.
Функции клавиатуры на панели ВАТ-426:
1. «lamp test» ( «контроль ламп» ).
Нажатие этой клавиши вызывает тест ламп панели ВАТ, в основном меню, пример-
но на 5 секунд.
2. «quit» ( «прекращать», «сбрасывать», «квитировать» ).
При включении звукового сигнала тревоги, сирены панели начинают работать.
Снять сигнал тревоги можно, находясь в любом меню, нажатием QUIT. Если в это же время на дисплее визуально отображается значение сигнала, одновременно будет действовать акустический сигнал..
Повторное нажатие QUIT приводит к повторному включению звукового сигнала.
При замене или вызове механиков, поданная команда может быть отменена клави
шей QUIT, т.е. звуковые сигналы, действовавшие в месте нахождения вызываемого члена экипажа, выключаются.
3. «esc» ( «выход» ).
Нажатие клавиши "ESC" возвращает меню на предыдущий уровень. Повторное нажатие клавиши "ESC" возвратит Вас в главное меню.
4. «enter» ( «вход», «ввод»).
Выбор пунктов меню или перечней производится клавишами «enter», а затем
„top/ bot». Клавиша "top" служит для перемещения по дисплею к началу текущего переч-
ня, клавиша "bot" к концу перечня.
Клавиша имеет двойную функцию, т.е., при использовании с перечнем, функция
"top" действует первой, при следующем нажатии клавиши действует функция "bot" и т.д. (только ВАТ-425).
5. «alarm list» ( „перечень сигналов тревог” ).
Нажатие клавиши "alarm list" вызовет перечень сигналов тревоги, при нахождении в любом меню.
6. «eng.call» ( «вызов инженера» ),
Эта клавиша позволяет вызвать меню вызова механика из любого меню (только ВАТ-425).
После завершения вызова ESC вернет пользователя в прежнее меню.
7. клавиши курсора.
Эти клавиши дают возможность выбрать элементы в списке и выбрать меню для выполнения или отображения.
8. «home» ( «дом», «домой» ).
На ВАТ-425, при нажатии этой клавиши происходит возврат из текущего меню в
основное.
3. СУДОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА
«ШИПКА-М»
3.1. Общая характеристика
Судовая измерительная информационная система «Шипка-М» установлена на многих отечественных автоматизированных судах с дизельными энергетическими уста-
новками.
Система «Шипка-М» представляет собой систему централизованного автоматизи-
рованного измерения и контроля параметров главной энергетической установки, судовых вспомогательных механизмов и других технических средств.
В состав ИИС «Шипка-М» входят:
а) элементы сбора информации - датчики и сигнализаторы
б) устройство представления, измерения и контроля, предназначенное для усиле-
ния, масштабирования сигналов от датчиков, преобразования аналогового сигнала в цифровой код и вывода на индикацию;
в) прибор регистрации выбегов предназначен для регистрации отклонения контро
лируемого параметра от установленного значения и его возвращения в норму;
г) коммутационные, согласующие и развязывающие устройства, предназначеные для выполнения соответствующих функций;
д) приборы обобщенной сигнализации;
е) агрегаты питания типа АТТ-4-400 ВЗ для подачи напряжения питания 220 В (400 Гц).
С помощью ИИС «Шипка-М» обеспечивается выполнение следующих функций: 1) непрерывный контроль 186 параметров с автоматической световой и звуковой сигнализацией отклонения контролируемого параметра от установленного значения, в том числе: до 60 параметров имеют критическую сигнализацию и до 126 параметров имеют ней критическую сигнализацию;
2) обобщенная световая и звуковая сигнализация отклонения контролируемого па
раметра от установленного значения данного параметра в различных помещениях судна;
3) сигнализация о работе вспомогательных механизмов;
4) сигнализация об отсутствии вахтенного в машинном отделении; 5) цифровое измерение (по вызову) до 70 контролируемых параметров, каждый из которых может быть вызван на любую из двух групп цифровых индикаторов набором номера контролируемого параметра на соответствующем наборном поле; 6) постоянное измерение 10 параметров стрелочными приборами;
7) регистрация факта отклонения контролируемого параметра и возвращение его в норму; 8) формирование управляющего сигнала при изменении режима работы главного двигателя с целью его защиты (при повышении температуры масла формируется сигнал на снижение частоты вращения вала двигателя до 50% от номинальной);
9) дистанционное и автоматическое управление вспомогательыми мехнизмами;
10) функциональный и оперативный контроль состояния трактов и составных частей системы.
С помощью ИИС «Шипка-М» обеспечивается контроль за состоянием главного двигателя типа ДКРН разных модификаций.
При этом электростанции могут быть одного из трех вариантов:
1. четыре дизель-генератора;
2. три дизель-генератора;
3. три дизель-генератора и один турбогенератор.
Для питания схемы необходимо напряжение 220 В (400 Гц), а также напряжения 380 и 220 В (50 Гц).
3.2. Структурная схема ИИС «Шипка-М»
На рис. 15.9. показана структурная схема ИИС «Шипка-М».
Рис. 15.9. Структурная схема ИИС «Шипка-М»
При каждом вызове контролируемого параметра измерения на цифровом индикато
ре (ЦИ) высвечивается номер контролируемого параметра, его значение в виде трехзнач-ного числа в истинном масштабе и размерность.
Период обновления информации на ЦИ не превышает 2,5 с.
На вход измерительного канала подключаются первичные (вторичные) преобразо
ватели ПП температуры и давления.
С помощью схемы можно одновременно вызывать на два цифровых индикатора два любых параметра из 70.
Цифровому индикатору соответствуют свое наборное поле и свое устройство управ
ления с УУ памятью цифровых индикаторов и размерности, а каждому измеряемому параметру - свое реле в коммутаторе параметров КП.
Измерительный нормирующий преобразователь ИНП, аналого-цифровой преобра
зователь АЦП и усилитель кода УК являются общими. Поэтому при одновременном вызове на наборных полях измеряемые параметры должны подключаться к общим блокам измерительной системы по очереди.
Функции распределения очередности работы всех блоков выполняет блок синх-ронизации БС. При таком вызове на измерение и временном разделении сигналов команд в системе имеется много общих цепей связи между блоками.
Измеряемый параметр подключается по двум линиям связи к соответствующим контактам реле коммутатора параметров. В каждый блок КП, состоящий из реле, входят 20 линий связи от первичных преобразователей. Все эти связи коммутируются с помощью реле блока только на две общие цепи «плюс» и «минус» выходного рала. Таким образом, происходит уплотнение 140 линий связи от 70 параметров до двух линий связи.
Вызываемому параметру соответствует своя программа измерения, которая задает-
ся при помощи ячейки коммутации ( ЯК ), установленной в блоке коммутатора парамет-
ров, т.е. параметру может соответствовать одна из двух размерностей:
одна из двух точек на цифровом индикаторе:
один из трех делителей в ИНП:
одна из трех шкал в АЦП:
Сигнал, соответствующий определенному виду обработки, проходит на ИНЦ,
АЦП и УК по линии связи, которая является общей для всех параметров и всех блоков измерительных ключей.
Таких общих цепей на каждый вид обработки всего 10 ( две - на размерность, две - на точки, три - на делитель, три - на шкалы).
На функциональной схеме они показаны обобщенно и названы соответственно «Размерность», «Точка», «Шкала», «Делитель».
Основной сигнал первичного преобразователя из ИНП по двум линиям связи пода-
ется на вход АЦП. В АЦП измеряемый аналоговый сигнал преобразуется в дискретный.
Блок усилителей кода УК связан по входу с 12 кодовыми шинами АЦП и с блоками измерительных ключей по двум цепям «Размерность» и двум цепям «Точка».
С выхода УК усиленные сигналы поступают в устройство управления УУ по об-
щим для обоих блоков шинам. Таких общих цепей 16 (12 - для кода измеряемых парамет-
ров, 4 - для размерностей и точек).
С каждого устройства управления УУ на цифровые индикаторы идут индивидуаль-
ные линии связи для управления лампами в табло, т. е. 30 линий связи на лампы табло значений параметров и четыре линии связи на лампы «Точка» и «Размерность».
В системе применен кодированный вызов для измерения с вызовом номера парамет
ра на двузначном поле из двух устройств вызова для измерения УВ1 и УВ2. Для вызова 70 параметров используются всего 17 общих линий связи.
От обоих УВ «десятков» с одноименных кнопок идет общая линия связи на соответ
ствующие блоки коммутатора параметров. Таких цепей семь.
С одноименных кнопок УВ «единиц» идет общая линия связи на соответствующий вход «Вызов реле» сразу всех блоков КП. Таких линий связи десять.
Дополнительно каждая кнопка наборного поля связана по индивидуальной шине с определенной лампой в цифровом проекционном табло номера параметра.
Управляющие сигналы, определяющие очередность работы блоков и очередность передачи информации по измерительному каналу, формируемые блоком синхронизации БС, подаются по отдельным для каждого блока линиям связи.
4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ, РЕГИСТРАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ СБРОСОМ НЕФТЕПРОДУКТОВ
4.1. Основные сведения
Согласно Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с су-
дов 1973 г. и Протокола «МАРПОЛ» 1978 г. установлена классификация вредных жидких веществ нефти, нефтепродуктов, грязного балласта и других, сброс которых в море запрещен.
На судах должны быть предусмотрены танки загрязненного балласта, отстойные танки и цистерны, и их содержимое должно передаваться в портах на специальные суда или специальные береговые емкости.
При наличии на судах соответствующих очистных систем и устройств контроля за допустимым уровнем загрязнения чистый балласт может быть откачан за борт на соответ
ствующих открытых участках морей и океанов.
4.2. Система сепарации и контроля трюмно-балластных вод типа СК-10
На многих судах отечественной постройки установлена система сепарации и конт
роля трюмно-балластных вод типа СК-10 с подогревателем.
Основным элементом установки является сепаратор коалесцирующего типа СК, предназначенный для очистки трюмно-балластных вод от загрязнения их нефтепродукта-
ми.
Принцип очистки двухкаскадный.
В первом каскаде грубой очистки очищаемая вода подается в отстойный танк, где крупные частицы нефтепродуктов как более легкие, чем вода, всплывают на поверхность.
Вода же с оставшимися мелкими частицами нефтепродуктов подается во второй ка
скад, где она пропускается через коалесцирующие элементы (полипропиленовый патрон, напыленный на дырчатый корпус, через который пропускается вода).
Используется способность пропиленового наполнителя укрупнять мелкие частицы нефтепродуктов при прохождении их вместе с загрязненной водой через полость патрона.
Далее укрупненные частицы нефтепродуктов также всплывают на поверхность и собираются в отстойном танке. В танке на соответствующих уровнях установлены элект-
родные датчики (при наличии воды между электродами цепь есть, при наличии нефтепро-
дуктов цепи нет) или электродные датчики емкостного типа (изменяется емкость в зависи-
мости от среды между электродами) совместно с измерителями уровня типа МЭСУ.
По мере наполнения нефтепродуктами отстойного танка от датчиков поступает сиг
нал к электромагнитному клапану, и нефтепродукты сбрасываются в цистерны загрязнен
ного топлива, а вода, очищенная до требуемого уровня, удаляется за борт.
В соответствии с требованиями Международной конвенции и «МАРПОЛ» разраба
тываются новые системы очистки и контроля чистоты сбрасываемых за борт трюмно-бал
ластных вод, например, система БВАМ.
4.3. Система измерения и контроля чистоты трюмно-балластных вод типа БВАМ
На некоторых судах установлены или устанавливаются системы измерения и конт-
роля чистоты трюмно-балластных вод типа БВАМ фирмы «Серее» (Франция).
На рис. 15.10 показан общий вид этой системы.
Рис.15.10. Общий вид системы БВАМ:
. 1- корпус; 2 - печатная плата; 3 - цифровой индикатор; 4 - тумблер выбора сигнала тревоги; 5 - кнопка «Оптический тест»; б - кнопка «Ручная чистка»; 7 - кнопка «Квитирование»; 8 - лампочка превышения (тревоги); 9 лампочка неисправности источника света - светодиода; 10 - потенциометр установки «0»; И - потенциометр ре-
гулировки усилителя; 12 - предохранители; 13 - лампочка наличия питания; 14 - тумблер выключения питания; 15 - тумблер «Калибровка»; 16 - самописец; 17 - сальники; 18 - клеммные зажимы; 19 - измерительная камера, 20 - цилиндр с поршнем; 21 амортиза-
тор; I, II - вход и выход контролируемой воды
Принцип работы этого устройcтва.заключается в следующем ( рис. 15.11 ).
Рис. 15.11. Измерительное устройство системы БВАМ
В абсолютно непроницаемой для света измерительной камере 1 расположена стек-
лянная прозрачная кювета (трубка) 2, через которую прокачивается контролируемая жид-
кость.
На одной оси на стеклянной трубке (кювете) чувствительной стороной к трубке установлены источник света - светодиод 6 и приемник света - фотоэлемент 3, являю-
щийся компенсационным элементом. Второй фотоэлемент 5, являющийся измерительным элементом, расположен в углублении и под углом 30° к источнику света, так что он не мо-
жет освещаться прямым светом от светодиода, а только отраженным от частиц, находя-
щихся в контролируемой среде.
Если вода совершенно чистая, то весь световой поток излучателя светодиода 6 воспринимается фотоэлементом 3, в котором появляется э. д. с, пропорциональная свето-
вому потоку. Эта э. д. с. усиливается и от ее значения зависит питающее напряжение на светодиоде, т. е. будет существовать какое-то расчетное равновесное состояние. При этом измерительный фотоэлемент 5 не освещен, его э. д. с. равна нулю и, следовательно, указа-
тель (самописец) стоит на нулевой отметке.
При загрязнении контролируемой жидкости уменьшается освещенность компенса
ционного фотоэлемента 3, следовательно, уменьшается его э. д. с. Сигнал отклонения
( разбаланса ) поступит на усиление, а затем в виде увеличенного питающего напряжения на светодиод 6. При этом увеличится излучаемый светодиодом 6 световой поток, далее будет увеличиваться э. д. с. фотоэлемента 3, и этот процесс регулирования будет продол-
жаться до тех пор, пока освещенность и, следовательно, значение э. д. с. фотоэлемента 3 не примет прежнего значения.
Это так называемый нулевой метод измерения, при котором сводятся до минимума погрешности, обусловленные нелинейностями различных участков измерительных элементов.
Отраженный от частичек, которые присутствуют в загрязненной воде, световой по-
ток попадает на фотоэлемент 5, с которого снимается э. д. с, пропорциональная отражен-
ному световому потоку. Эта э. д. с. усиливается своей схемой усиления и в виде аналогово
го сигнала подается на самописец милливольтметрового типа, на ленте которого оставляет
ся след.
Лента имеет масштаб от 0 до 100 р. р. м. (частиц на миллион); таким образом мож-
но визуально измерить уровень чистоты контролируемой воды, а также тенденцию ее из-
менения по кривой на ленте самописца.
Наряду с другими документами (журналом грузовых операций на танкерах) лента самописца хранится и является официальным документом на судне.
Кроме самописца, оперативная информация для считывания в цифровом виде выда
ется цифровым индикатором (усиленный сигнал с фотоэлемента 5 преобразуется с помо-
щью аналого-цифрового преобразователя в цифровой код).
С помощью переключателя можно выборочно установить один из пределов сраба-
тывания сигнализации о превышении заданного допустимого уровня загрязнения контро
лируемой воды на 15 или 100 р. р. м. В зоне этих двух ступенчатых уставок можно плавно подрегулировать порог срабатывания сигнализации с помощью потенциометричееких резисторов.
Сигнализация подается в виде светового и звукового сигналов. Снятие звукового сигнала осуществляется с помощью кнопки квитирования.
Перед пуском системы БВАМ необходимо соответствующий тумблер поставить в положение «Калибровка» и при пропускании чистой воды через кювету с помощью соот-
ветствующего потенциометра добиться установки показаний на нуль.
Затем нажатием кнопки «Тест» установить с помощью другого потенциометра по-
казания на 100. При этом подключается питание к контрольному светодиоду 4, располо-
женному в одной ячейке с измерительным фотоэлементом 5.
При отсутствии питания основного светодиода 6 срабатывает световая сигнализа
ция «Повреждение».
Номинальное напряжение питания светодиода 2,25 В. Напряжение питания всего устройства от судовой сети 220 В. Питание к схеме подключается общим тумблером.
Имеется пневмопоршень для автоматической регулярной чистки стеклянной кюве
ты. Возможна дополнительная ручная чистка нажатием соответствующей кнопки.
Система БВАМ может быть сопряжена с системой автоматической откачки за борт отсепарированных трюмно-балластных вод.
В случае превышения загрязнения выше допустимого уровня откачиваемая за борт вода с помощью электромагнитного клапана направляется на повторную сепарацию.
Контрольные вопросы
турной схемы ИИС
томатического контроля и управления и системами технической диагностики? Каковы функции каждой из этих систем?
сти каждой из них
ления?
гурацию системы?
ная станция отличается от локальных?
Каково их назначение?
GEAMAR 100 ISL? Какими способами оператор вводит информацию в эту систему?
GEAMAR 100 ISL? Для чего предназначены верхняя, средняя и нижняя части экрана мо-
нитора?
стемы GEAMAR 100 ISL
GEAMAR 100 ISL
GEAMAR 100 ISL
мы GEAMAR 100 ISL? Что входит в состав системы ВАА- 40?
ISL
ISL
20. Каковы функции клавиатуры на панели ВАТ-426 системы GEAMAR 100
ISL?
ставных частей
ные жидкие и твердые вещества, сброс которых в море запрещен?
ластных вод типа СК-10
ластных вод типа БВАМ
но-балластных вод типа БВАМ?
дуктовов трюмно-балластных вод в системе типа БВАМ?
28. Каким образом регулируется предел срабатывания сигнализации о превышении уровня загрязнения воды в системе типа БВАМ?
29. Какие действия надо выполнить перед пуском системы типа БВАМ? Как имен-
но?
30. Каким образом осуществляется очистка стеклянной кюветы измерительной части системы типа БВАМ?
31. С какой судовой системой может быть сопряжена система типа БВАМ?
РАЗДЕЛ 5. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ, УПРАВЛЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ
1. Внутрисудовая связь
1.1. Основные сведения
Внутрисудовая связь предназначена для обмена информацией на расстоянии из раз
личных помещений судна.
Передаваемой информацией могут быть различные сообщения, устные или пись-
менные, сведения о состоянии и режимах работы каких-либо объектов, а также команды и распоряжения.
В зависимости от способа передачи информации различают внутрисудовую связь, осуществляемую с помощью: переговорных труб, различных механических устройств и электрических сигналов.
Передача информации с помощью электрических сигналов называется электриче-
ской связью.
Источником информации может быть человек или какой-либо автоматический ап-
парат. Передаваемая информация может быть с заранее обусловленным текстом или без такового.
Рис. 16.1. Структурная схема электрической связи
Структурная схема электрической связи представлена на рис. 16.1, где обозначено:
П - передатчик - устройство, служащее для получения информации и преобразования ее в электрический сигнал; ЛС - линия связи - среда, служащая для передачи сигналов; Пр приемник устройство, предназначенное для приема . электрических сигналов, преоб-
разования их и передачи по назначению.
На судах передача сигналов осуществляется по проводам. Основными видами элек-
трической внутрисудовой связи являются машинные и рулевые телеграфы и указатели, тахометры и различные системы телефонной связи.
1.2. Судовая телефонная связь
Основные сведения
Управление судовыми механизмами, расположенными в различных помещениях, часто на значительных расстояниях, невозможно без надежной разветвленной системы внутрисудовой телефонной связи.
Основными требованиями, предъявляемыми к телефонной связи, являются: надеж
сть работы в условиях вибрации и качки; обеспечение четкой передачи человеческой речи при шумах сплошного спектра до 110 дБ; отсутствие помех радиоприему.
Классификация систем телефонной связи
Системы телефонной связи классифицируются по следующим признакам:
По назначению различают служебную и обиходную телефонную связь.
Системы служебной (оперативной, командной) телефонной связи предназначены для соединения командных постов, постов управления и отдельных помещений, между которыми необходима оперативная связь; управления экипажем в процессе выполнения служебных обязанностей и несения вахты.
Системы телефонной связи общего пользования предназначены для соединения служебных, бытовых и жилых помещений. Эти системы создают необходимые удобства экипажу и пассажирам во время пребывания на судне.
По принципу действия различают ручную и автоматическую судовую телефонную связь.
При использовании ручной телефонной связи выбор абонента, его вызов и связь с ним осуществляются вручную. Примером ручной телефонной связи являются системы парной связи и связи через командный коммутатор ( см. ниже ).
При использовании автоматической телефонной связи выбор абонента осуществля-
ется вручную, в его вызов и связь с ним осуществляется автоматически. Для выбора або-
нента набирают его номер при помощи телефонных аппаратов с дисковым или клавиш-
ным номеронабирателем, а соединение с ним происходит автоматически.
По способу питания микрофонных цепей системы телефонном связи делятся на три вида:
1. системы с питанием микрофонных цепей всех телефонных аппаратов от одного центрального источника постоянного тока (батареи) телефонной станции, которые сокра-
щенно называются системами ЦБ, т. е. системами с центральной батареей;
2. системы с питанием микрофонных цепей каждого телефонного аппарата от инди
видуального местного источника постоянного тока (батареи), которые сокращенно называ
ются системами МБ, т. е системами с местными батареями;
3. системы с микрофонами, не требующими посторонних источников питания, которые называются безбатарейными (БВ) системами.
Очевидно, что при прочих равных условиях наибольшей надежностью обладают безбатарейные системы телефонной связи, меньшей - системы ЦБ, системы МБ на судах
практически не применяются.
1.3. Виды систем служебной телефонной связи
Системы служебной телефонной связи применяются, как правило, безбатарейные и с ручной коммутацией соединений. Эти системы просты по устройству и поэтому имеют повышенную надежность.
На судах применяют несколько систем СТС, но наибольшее распространение полу
чили две из них:
Рассмотрим эти системы.
1.4. Система прямой (парной) телефонной связи.
Система состоит из двух (одной пары) телефонных аппаратов ТА1 и ТА2 (рис.16.2 ) и соединяющей их отдельной кабельной линии связи ЛС без каких-либо промежуточных коммутационных устройств.
Рис. 16.2. Система прямой (парной) телефонной связи: ВМ микрофон; ВF теле-
фон; BS звонок; SA рычажный переключатель; G индуктор ( генератор переменного тока ); ТА1, ТА2 аппараты телефонные
Каждый безбатарейный телефонный аппарат имеет разговорные приборы микро
фон ВМ и телефон ВF, сигнально-вызывные приборы - для посылки вызова индуктор G и для приема вызова звонок ВS, а также коммутационный прибор - рычажный переключа-
тель SA для отключения от линии звонка и подключения разговорных приборов.
Эта система обладает наибольшей оперативной готовностью и надежностью, обе-
спечивает быстрое и безошибочное соединение абонентов, четкую передачу приказаний или донесений и ведение переговоров. Для вызова достаточно повращать рукоятку индук-
тора и снять микротелефонную трубку для ответа и ведения разговора. При повешенной трубке телефонный аппарат всегда готов к приему вызова.
Системы прямой (парной) связи соединяют рулевую рубку с ЦПУ и с другими постами, как было отмечено выше.
1.5. Система телефонной связи с командным коммутатором.
Система состоит из одного коммутатора КК (рис. 16.3 ), телефонных аппаратов ТА1, . . ., ТАN и кабельных линий связи ЛС1, . . ., ЛСN.
Рис. 16.3. Система телефонной связи с командным коммутатором:
КК комутатор; ВМ микрофон; ВF телефон; BS звонок; SA рычажный пере
ключатель; G индуктор ( генератор переменного тока ); АК1, АК2, АКN або-
нентские комплекты; КV1 сигнальное реле-бленкер, ЛК1 линейный ключ; ЛС1, ЛС2, ЛСN линии связи; ТА1, ТАN аппараты телефонные
В этой системе применяются такие же телефонные аппараты, как и в системе пря-
мой связи, показанной на рис. 16.2.
Коммутатор содержит общие приборы, аналогичные телефонному аппарату, и ин-
дивидуальные абонентские комплекты АК1,. . .,АКN, каждый из которых состоит из сиг-
нального реле-бленкера КVи линейного ключа ЛК.
С помощью бленкера КV фиксируется поступивший с i-й линии связи ЛС вызов, и линия ЛС подключается к звонку BS коммутатора, если микротелефонная трубка на ком
мутаторе не снята.
При помощи линейного ключа ЛКк общим приборам коммутатора подключается i-я линия связи ЛС i для ответа и разговора или для посылки вызова и разговора.
Существенной особенностью системы связи с командным коммутатором является то, что она обеспечивает возможность установления только одного разговорного соедине-
ния и только между коммутатором и одним или несколькими телефонными аппаратами одновременно.
Оперативная готовность системы обеспечивается тем, что ни один телефонный ап-
парат этой системы не может быть занят разговорным соединением ни с кем, кроме как с коммутатором, а коммутатор всегда готов к приему вызова от любого телефонного аппара
та системы независимо от его занятости разговорным соединением с другими телефонны-
ми аппаратами.
Если коммутатор не занят, то вызов поступает на соответствующий бленкер и зво-
нок, а если коммутатор занят, то это фиксируется только бленкером, что достаточно при нахождении абонента у коммутатора при ведении разговора
Обычно на судне имеются две системы телефонной связи с командными коммута-
торами.
Один командный коммутатор расположен в рулевой рубке. К нему подключены те-
лефонные аппараты установленные на баке (носу) и корме, в румпельном, машинном и на
сосном отделениях, в помещениях гирокомпаса, аварийного дизель-генератора и углекис-
лотной противопожарной установки в каюте капитана и в некоторых других помещениях.
Второй командный коммутатор обычно располагается в ЦПУ энергетической уста
новки судна. К нему подключены телефонные аппараты, установленные в рулевой рубке, у местного поста управления главной энергетической установки, в изолированных отсеках машинного отделения, в помещении аварийного дизель-генератора, в каюте старшего ме-
ханика и электромеханика, а также в некоторых других помещениях.
1.6. Системы автоматической телефонной связи
Автоматическая телефонная станция (АТС) состоит из автоматической коммутаци-
онной системы, источников питания и вспомогательных устройств. С помощью источни-
ков питания постоянного тока обеспечиваются все элементы АТС электроэнергией необходимого качества.
Вспомогательные устройства предназначены для контроля и переключения источ-
ников питания и элементов коммутационной системы в процессе эксплуатации АТС.
Основой АТС и самой сложной ее частью является коммутационная система, об-
щая структурная схема которой показана на рис. 16.4.
Рис. 16.4. Структурная схема АТС: ТА1…ТАN телефонные аппараты; АК1…АКN абонентские комплекты; КУ коммутационное устройство; ШК1…ШКN
шнуровые комплекты; КСЛ комплект соединительных линий; СВУ сигнально-вызыв-
ное устройство; ОУУ общее устройство управления
Каждый телефонный аппарат ТА и абонентская линия связи АЛ подключены в АТС к своему абонентскому комплекту АК, а через него - к своим контактам коммутаци-
онного устройства КУ.
Каждая соединительная линия связи СЛ с другими телефонными станциями под
ключена в АТС к своему комплекту соединительных линий КСЛ, а через него - к своим контактам коммутационного устройства.
Количество абонентских комплектов определяет максимальное число N абонент-
ских линий, которые могут быть подключены к АТС, и называется емкостью АТС.
Количество комплектов соединительных линий определяет число линий связи, ко-
торыми АТС может быть связана с другими телефонными станциями.
Каждый абонентский комплект вместе с подключенными к нему линией и телефон-
ным аппаратом имеет свой кодовый абонентский номер.
Число цифр в кодовых номерах - значность номеров определяется емкостью судо-
вой АТС, а в городских АТС - суммарной емкостью всех АТС города.
При емкости АТС до десяти абонентов достаточно использовать однозначные номе
ра 0 1, 2, ..., 9; при емкости от 10 до 100 абонентов номера должны быть двузначными от 00 до 99; при емкости от 100 до 1000 необходимы трехзначные номера от 000 до 999.
Все комплекты соединительных линий и подключенные к ним линии, соединяю-
щие АТС с одной телефонной станцией, имеют, как правило, один кодовый номер, а его значность в судовых АТС на единицу меньше значности абонентских номеров.
С помощью коммутационного устройства АТС создаются временные соединения абонентских и соединительных линий с общими устройствами управления ОУУ и с шну-
ровыми комплектами ШК.
С помощью каждого шнурового комплекта обеспечивается соединение между лю-
быми двумя подключенными к коммутационному устройству линиями связи и создается один разговорный тракт.
Число шнуровых комплектов зависит от емкости АТС. Чем больше емкость АТС, тем равномернее распределяется во времени количество одновременных разговоров.
Поэтому в судовых АТС обычно количество шнуровых комплектов составляет:
3 - при емкости станции 10; 4 - при емкости 20; 5 - при емкости 40; 8 - при емкости 80.
Совокупность шнурового комплекта, коммутационных и управляющих приборов АТС, занятых при установлении одного телефонного соединения (тракта) между любыми двумя абонентами, называют шнуровой парой, или сокращенно шнуром.
Сигнально-вызывное устройство СВУ генерирует переменные напряжения 60 - 90 В при 25 Гц и 4 - 8 В при 425 - 450 Гц и производит их условную периодизацию для посылки сигналов от АТС к телефонным аппаратам.
Автоматическое управление соединениями обеспечивается с помощью абонент-
ских комплектов, общих управляющих устройств и шнуровых комплектов по кодирован-
ным командам абонентов, поступающим на АТС по линии связи от телефонного аппарата при снятии микротелефонной трубки и при наборе номера.
В исходном состоянии «ожидания» ко всем абонентским линиям через элементы их абонентских комплектов подключен источник питания АТС, но постоянный ток по ним не протекает, так как в телефонных аппаратах последовательно со звонком включен конденсатор.
Абонент вызывает АТС снятием микротелефонной трубки, когда в телефонном ап-
парате коммутируется цепь постоянного тока, а по линии и элементам абонентского комп-
лекта начинает протекать постоянный ток. При протекании постоянного тока в линии про-
исходит срабатывание абонентского комплекта, с помощью которого замыкается цепь со-
ответствующего входа общих управляющих устройств и передается им таким образом ин-
формация о поступлении вызова от абонента.
В общих управляющих устройствах выявляется незанятый свободный шнуровой комплект и обеспечивается соединение его входа через коммутационное устройство с або-
нентским комплектом и линией вызывающего абонента.
Когда занятые абонентом элементы АТС придут в состояние готовности к набору номера, тогда от сигнально-вызывного устройства через шнуровой комплект в линию вы-
зывающего абонента посылается сигнал ответа АТС «Готово» непрерывный сигнал ча-
стотой 425 - 450 Гц.
По сигналу ответа АТС набирают кодовый номер вызываемого абонента; с помо-
щью управляющих устройств, входящих в шнуровой комплект или в общие управляющие устройства, воспринимается информация, через коммутационное устройство соединяется выход шнурового комплекта с абонентским комплектом вызываемого абонента и произво-
дится проба его занятости.
Если вызываемый абонент занят другим соединением, что определяется по состоя-
нию элементов его абонентского комплекта, то вызывающему абоненту от сигнально-вызывного устройства через шнуровой комплект посылается сигнал «Занято» - частый прерывистый сигнал частотой 425 - 450 Гц.
Если же вызываемый абонент свободен, то через шнуровой комплект и коммута-
ционное устройство к линии вызываемого абонента подключается источник переменного тока напряжением 60 - 90 В частотой 25 Гц от сигнально-вызывного устройства и источ-
ик питания АТС.
Поскольку трубка с телефонного аппарата вызываемого абонента не снята, то по ли
нии и соответствующим элементам шнурового комплекта протекает только переменный ток - идет вызов от АТС абоненту. Одновременно вызывающему абоненту подается сиг-
нал контроля посылки вызова.
При снятии вызываемым абонентом трубки в его телефонном аппарате отключает-
ся звонок и замыкается цепь постоянного тока по цепи посылки вызова шнурового ком
плекта начинает протекать постоянный ток.
Протекание постоянного тока по цепи вызова АТС воспринимает как ответ абонен-
та. При этом от линий отключается сигнально-вызывное устройство и подключаются элементы шнурового комплекта, с помощью которых обеспечивается создание и удержание через коммутационное устройство разговорного соединения между линиями вызывающе-
го и вызываемого абонентов.
После окончания разговора, когда один из абонентов кладет микротелефонную трубку, в его телефонном аппарате размыкается цепь постоянного тока между проводами линии, что воспринимается шнуровым комплектом как сигнал об окончании разговора - «Отбой». При этом второму абоненту от АТС посылается сигнал «Занято», предлагающий положить трубку. После отбоя все занятые приборы АТС возвращаются в исходное состояние «ожидания».
Показанная на рис. 16.4 структурная схема и описанный общий порядок установле-
ния соединений характерны для всех судовых АТС. Все АТС в общем случае выполняют следующие операции:
коммутационном устройстве;
тов;
4. посылают абонентам ответ АТС о готовности к установлению соединений;
5. принимают кодовые команды - набор номера от абонентов на установление
необходимых соединений;
абонентов, посылают сигналы занятости или вызова и контроля прохождения вызова або-
нентам;
7. принимают сигналы ответа вызываемых абонентов, устанавливают и удержива-
ют разговорное соединение между абонентами;
8. принимают команды отбоя от абонентов и возвращают приборы АТС в исходное состояние «ожидания».
В судовых АТС используются разные коммутационные и управляющие приборы, источники питания и генераторы сигналов, разные способы управления и установления соединений.
На современных судах широко применяются электронные цифровые АТС. Они
отличаются повышенной надежностью и обеспечивают высокое качество приема-переда-
чи речи.
2. Системы синхронной связи
2.1. Основные сведения
При управлении судном необходимо передавать команды в машинное отделение об изменении частоты и направления вращения главных двигателей, знать о положении пера руля и т.п. Для этих целей используют машинные и котельные телеграфы, а также руле-
вые указатели.
Судовые телеграфы и рулевые указатели работают по принципу систем синхрон-
ной связи.
Системой синхронной связи называется такая электромагнитная система, которая обеспечивает одновременное согласованное перемещение или повороты на заданный угол нескольких механически не соединенных между собой валов механизмов или осей прибо-
ров.
В индукционных системах синхронной связи датчиком и приемником служат спе-
циальные электрические машины переменного тока, называемые сельсинами.
Эти системы по сравнению с другими обладают рядом преимуществ, которые обу-
словили их широкое применение, на судах. Их достоинствами являются:
2. простая и одинаковая конструкция датчика и приемника;
3. самосинхронизация;
4. возможность получения любого количества фиксированных положений;
5. надежность и безопасность в работе и др.
2.2. Устройство и принцип действия сельсинов
Индукционные системы синхронной передачи названы так потому, что в качестве датчиков и приемников они используют индукционные микромашины переменного тока - сельсины.
Сельсины имеют однофазную обмотку возбуждения, питаемую однофазным пере
менным током, и вторичную синхронизирующую трехфазную обмотку.
В зависимости от расположения этих обмоток различают сельсины контактные и бесконтактные.
Контактные сельсины в свою очередь могут быть двух видов:
1. с однофазной обмоткой на статоре и трехфазной обмоткой на роторе;
2. с однофазной обмоткой на роторе и трехфазной обмоткой на статоре.
У бесконтактных сельсинов обе обмотки расположены на статоре.
У контактных сельсинов первого вида на статоре имеются два явно выраженных по
люса ( как у машин постоянного тока ), на которых размещена обмотка возбуждения. Эта
обмотка получает питание от сети переменного тока напряжением 36, 45, 110, 115 и 127 В частотой 50, 400 и 500 Гц ( в зависимости от типа сельсина )
Ротор выполнен с неявно выраженными полюсами. В пазы ротора укладывается трехфазная обмотка, соединяемая обычно по схеме «звезда». На роторе расположены три контактных кольца со щетками на них, предназначенные для электрической связи с други-
ми сельсинами.
Контактные сельсины второго вида имеют обращенную конструкцию, т.е. в пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка, а на роторе с явно выраженными полю
сами расположена однофазная обмотка.
Эти сельсины имеют ряд технических и эксплуатационных преимуществ по сравне
нию с сельсинами первого вида, а именно:
1. меньшее число контактных колец ( два вместо трех );
2. синхронизирующий момент в 1,5 раза больше, чем у сельсинов первого вида.
У бесконтактных сельсинов отсутствуют контактные кольца и щетки, так как у них и однофазная первичная, и трехфазная вторичная обмотки расположены на неподвижном статоре, а ротор представляет собой специальную конструкцию в виде двух постоянных
магнитв, разделенных немагнитным материалом.
На рис. 16.5 показаны магнитные системы различных сельсинов.
Рис. 16.5. Магнитные системы контактных сельсинов с первичной однофазной обмоткой на статоре (а), на роторе (б) и бесконтактных сельсинов (в), (г):
1- статор; 2 - полюсы; 3 - ротор; 4 - пазы; 5 - пазы в роторе для короткозамкнутой обмотки; 6 внешний неподвижный магнитопровод; 7 - немагнитный ротор; 8 - вторич-
ная трехфазовая распределительная обмотка: P1, P2 - постоянные магниты; δ, δ- воз-
душные зазоры; Ф поток возбуждения
2.3. Принцип действия сисемы синхронной связи
Принцип действия индукционной синхронной передачи рассмотрим на простей
шем примере, когда к датчику подключен один приемник (рис. 16.6 ).
Рис. 16.6. Схема индукционной системы синхронной связи
Обмотки возбуждения сельсинов - датчика ОВи приемника ОВ - подключены к общему источнику однофазного переменного тока постоянной частоты. Протекающий по этим обмоткам переменный ток возбуждения вызывает одинаковые во времени ( синфаз-
ные ) изменения магнитных потоков Фвозбуждения обоих сельсинов.
В исходном ( согласованном ) положении роторов трехфазные обмотки сельсинов имеют одинаковое пространственное положение относительно обмоток возбуждения. По-
этому в одноименных фазах трехфазных обмоток сельсинов будут индуктироваться одина
ковые по величине и совпадающие по фазе э. д. с.
Е= Есosα; Е= Есos ( α - 120º ); Е= Есos ( α - 240º ),
где α угол поворота ротора от исходного положения, в котором ось обмотки воз-
буждения статора и ось первой фазной обмотки ротора совпадали.
В соединительных проводах, связывающих между собой попарно одноименные фаз
ые обмотки, э.д.с. этих обмоток находятся в противофазе ( направлены встречно ). Напри-
мер, в нижнем проводе направлены встречно фазные э.д.с. датчика Еи приемника Е, которые компенсируют друг друга, поэтому ток в нижнем проводе не протекает. По той же причине не протекают токи в остальных двух проводах.
При повороте ротора сельсина датчика его фазные э.д.с. изменятся, т.е. равнове-
сие между одноименными э.д.с. обоих сельсинов нарушится. В результате в проводах поте
кут т.н. уравнительные токи. При этом взаимодействие токов ротора с магнитными потока
ми статоров вызовет появление электромагнитных моментов.
У сельсина датчика этот момент направлен против внешней силы, повернувшей ротор, т.е. стремится вернуть ротор в исходное положение. Однако этот ротор не может вернуться в исходное положение, т.к. он повернут, например, баллером руля
В то же время такой момент у сельсина приемника имеет противоположное на-
правление и поворачивает ротор этого сельсина в ту сторону, в которую был повернут ро-
тор сельсина датчика. На оси этого ротора закреплена легкая стрелка, которая поворачи-
вается, указывая угол поворота ротора сельсина датчика ( в нашем примере угол пово-
рота пера руля ).
2.4. Машинные телеграфы
Машинным телеграфом называется устройство, предназначенное для дистанцион-
ной передачи команд из рулевой рубки в машинное отделение об изменении режима работы судовой силовой установки и передачи ответов об исполнении команд.
Конструктивно машинный телеграф состоит из следующих основных приборов:
передатчика-приемника, устанавливаемого в рулевой рубке и на крыльях мостика; прием-
ника-передатчика, расположенного в ЦПУ или МО; аппаратуры сигнализации.
Внешний вид передатчика-приемника показан на рис. 16.7.
Рис. 16.7. Передатчик-приемник машинного телеграфа ( в рулевой рубке, на крыльях мостика )
Внутри передатчика-приемника расположены датчик команд и приемник отработ-
ки заданной команды с общей шкалой, на которой нанесены команды, соответствующие режимам работы главного двигателя.
На исполнительном посту ( ЦПУ или МО ) устанавливается приемник-передатчик,
совмещающий приемник команд и датчик ответа о принятом приказе. На шкале прибора написаны такие же команды, что и на приборе командного поста.
Приемник-передатчик отличается от передатчика-приемника тем, что в нем отсут-
ствует освещение шкалы ( в машинном отделении светло ) и имеется система, которая автоматически включает звуковые и световые сигналы для привлечения внимания команды и отключает приборы сигнализации после передачи правильного ответа.
Основными элементами судовых телеграфов переменного тока являются индукции
онные приборы синхронной связи - сельсины. В качестве сельсинов-датчиков используют
ся контактные сельсины с однофазной обмоткой на роторе, в качестве приемников - бесконтактные сельсины.
В телеграфах нашли применение двойные ( сдвоенные ) сельсины - один датчик, другой приемник.
На рис. 16.8. показана элементная схема машинного телеграфа.
Рис. 16.8. Элементная схема машинного телеграфа
Посты управления ПУ1 - ПУЗ устанавливаются в рулевой рубке и на крыльях ходо
вого мостика. Центральным является пост ПУ1 в рубке, где размещен датчик Д1 (передат-
чик приказаний) синхронной связи, поворот которого можно осуществлять посредством механической передачи с любого из трех постов управления. Датчик Д1 соединен линией связи с приемником синхронной связи П1 (приемник приказаний ), расположенный в ма-
шинном отделении.
При подаче команды поворотом датчика Д1 стрелка приемника П1 устанавливается
в положение, соответствующее той или иной команде.
В этом случае включается сигнальное устройство СУ, в которое входят ревун Р, сигнальная лампа Н и трещотки Тщ. Рукоятка датчика Д2 (передатчик ответа) ставится об
служивающим персоналом в машинном отделении в положение, повторяющее положение стрелки приемника П1, что свидетельствует о приеме команды к исполнению.
Датчик Д2 соединен линией связи с приемниками П2 (приемник ответа) постов уп-
равления ПУ1 - ПУЗ. Поворот датчика Д2 вызывает перемещение стрелок приемников П2 и установку их в положение, соответствующее поданной команде (стрелки совмещаются с рукоятками постов управления ПУ1 - ПУЗ).
При совмещенном положении рукоятки датчика Д2 и стрелки приемника П1 сиг-
нальное устройство СУ выключает звуковую и световую сигнализацию ( ревун Р, лампу Л и трещотки Тщ).
2.5. Котельный и рулевой телеграфы
Котельный телеграф устанавливается для связи вахтенного поста машинного отде-
ления с постом котельного отделения по передаче приказаний об изменении режима рабо-
ты котлов.
Приборы котельного телеграфа крепятся к переборкам и имеют некоторое конст-
руктивное отличие от приборов машинного телеграфа, но принципиальная электрическая схема аналогична рассмотренной схеме машинного телеграфа. Поэтому рассматривать схе
му котельного телеграфа нет необходимости.
Рулевой телеграф предназначен для передачи приказаний о перекладке руля из ру-
левой рубки в румпельное отделение при аварийном управлении рулем.
Принципиальная электрическая схема аналогична рассмотренной схеме машинного телеграфа. Поэтому рассматривать схему рулевого телеграфа нет необходимости.
2.6. Указатели положения пера руля
Указатели положения пера руля предназначаются для контроля о положении пера руля.
Конструктивно указатель положения пера руля состоит из следующих основных приборов: датчика, установленного в румпельном отделении, и приемника, расположен
ного в рулевой рубке ( рис. 16.9 ).
Рис. 16.9. Датчик ( слева ) и приемник ( справа ) рулевого указателя
Датчик приводится в движение баллером руля.
Внутри датчика размещен сельсин-датчик, ротор которого связан с баллером руля.
Внутри приемника находится сельсин-приемник, на оси ротора которого закрепле-
на стрелка, скользящая вдоль шкалы при повороте пера руля.
Шкала приемника имеет деления 40º - 0 - 40º и надписи «Лево руля» и «Право ру-
ля». Цена деления шкалы - 1º.
Снаружи справа внизу корпуса приемника находится рукоятка регулятора яркости лампочки, подсвечивающей шкалу в темное время суток.
Правила Регистра устанавливают следующие погрешности передачи угла: если пе-
ро руля находится в диаметральной плоскости ( диаметрали ), допускаемая погрешность
- не более ±1º, при углах перекладки руля от 1º до 5º - не более ±1,5º, при углах более 5º -
не более ±2,5º.
Фактическое положение пера руля определяется положением стрелки, закреплен-
ной на подвижной части рулевой машины. При повороте пера руля стрелка скользит вдоль шкалы с делениями. Шкала нанесена на бронзовой полосе-линейке, закрепленной на не-
подвижной части корпуса рулевой машины.
3. Электрические сигнальные устройства и приборы
Электрические сигнальные устройства и приборы классифицируются следующим образом:
1. акустические приборы, которые, в зависимости от тональности звука, делятся на
звонки, колокола громкого боя, ревуны и трещотки;
2. оптические приборы, включающие сигнальные лампы;
Акустические приборы
Рассмотрим устройство и принцип действия звонков.
Электрические звонки бывают двух типов:
1. работающие на «обрыв» цепи (типа ЗВОФ);
2. работающие на «короткое замыкание» (типа ЗВКФ).
Рис. 16.10. Схемы электрических звонков: а на обрыв; б на короткое замыкание
На рис. 16.10 представлены схемы включения звонков обоих типов.
При работе на обрыв (рис. 5.10, а) контакт прерывателя S разрывает цепь электро-
магнита L звонка при притягивании якоря и опять замыкает его на возврате якоря в исход
ное положение. Для улучшения коммутации параллельно прерывателю включен конденса
тор С.
В звонке, работающем на короткое замыкание (рис. 16.10, б), при притягивании яко
ря катушки электромагнита L шунтируются контактом прерывателя. Цепь питания при этом замыкается накоротко. Вследствие этого, звонки на короткое замыкание можно вклю
чать только последовательно с каким-либо резистором R или сигнальной лампой.
Ревуны и трещотки устроены так же, как и звонки.
В ревунах ревущий звук получается в результате частых ударов бойка о мембрану. Для усиления звука применяется рупор.
У трещотки частота ударов бойка о мембрану меньше, чем у ревуна. Это достигает
ся насадкой медных гильз на сердечник электромагнитов.
4. Общесудовые системы сигнализации
Общесудовые системы сигнализации предназначены для различного рода оповещений вахтенного и обслуживающего персонала, членов экипажа, свободных от вахт, и пассажиров.
Различают следующие виды сигнализации:
К последней относятся системы пожарной и трюмной сигнализации.
Обиходная сигнализация
Обиходная сигнализация служит для вызова обслуживающего персонала из буфета в салоны и каюты. Вызов посылается из салона или каюты звонковой кнопкой, имеющей замыкающие контакты. Сигнал поступает на специальный прибор номерник, установлен
ный в буфете.
Система обиходной сигнализации получает питание от судовой сети или от аккуму
ляторной батареи.
Номерник представляет собой прибор в виде ящика с рядом окошек на передней стенке. Число окошек соответствует числу кнопок вызова.
Рис. 16.11. Схема электромагнитного реле-бленкера
Внутри прибора против каждого окошка устанавливается специальное электромагнитное реле-бленкер ( рис. 16.11 ).
При нажатии кнопки вызова S1 но рабочей обмотке реле К 1.1 пойдет ток, якорь притянется и замкнет контакт К1 удерживающей обмотки К1.2. Последняя получит пита-
ние, и при отпускании кнопки S1 якорь останется притянутым к сердечнику.
Звонок Н звонит до тех пор, пока не будет отпущена кнопка S1. К якорю прикрепле
на алюминиевая полусфера, которая при его притяжении закроет окошко.
По номеру на полусфере определяют, откуда поступил вызов. Сигнал в окошке бу-
дет сохраняться до тех пор, пока дежурный не нажмет кнопку 52. При этом разрывается цепь питания удерживающей обмотки К1.2, и под действием пружины якорь возвращается
Служебная сигнализация
Служебная сигнализация служит для вызова вахтенных к трапу или переговорным трубкам ( телефонам ) для связи с вахтой в машинном отделении.
На командном посту для подачи сигнала устанавливают педальный замыкатель и для ответного сигнала номерник.
На исполнительном посту находится звуковой сигнальный прибор с лампой сигна-
лизации и для ответа о принятом сигнале педальный выключатель. Тем самым обеспечи-
вается не только подача сигнала вызова, но и получение подтверждения ( ответа ) о приня
том сигнале.
Система служебной сигнализации получает питание от судовой сети напряжением 127…220 В переменного тока.
Авральная сигнализация
Суда, на которых объявление аврала голосом или иным средством не может быть слышно одновременно во всех местах, где могут находиться люди, должны оборудоваться электрической авральной сигнализацией, обеспечивающей хорошую слышимость сигна-
лов во всех таких местах.
По Правилам Регистра, звуковые приборы должны устанавливаться в следующих местах:
.1. в машинных помещениях;
.2. в общественных помещениях, если их площадь превышает 150 м2;
.3. в коридорах жилых, служебных и общественных помещений;
.4. на открытых палубах;
.5. в производственных помещениях.
Система авральной сигнализации должна питаться от судовой сети, а также от шин
аварийного распределительного щита.
Допускается питание авральной сигнализации от судовой сети и от отдельной акку-
муляторной батареи при наличии устройств для автоматического переключения цепей авральной сигнализации на аккумуляторную батарею. В этом случае не требуется питания от аварийного и переходного источников электрической энергии. Емкость батареи долж-
на соответствовать работе сигнализации в течение 15 мин
Система авральной сигнализации должна обеспечиваться непрерывным питанием
независимо от того, находится батарея аккумуляторов в положении зарядки или разрядки.
Звуковые приборы авральной сигнализации должны располагаться таким образом,
чтобы, сигнал был четко слышен при шуме в данном помещении. Звуковые приборы, уста
новленные в помещениях с большой интенсивностью шумов, должны снабжаться свето-
вой сигнализацией. В машинно-котельных отделениях устанавливаются колокола громко-
го боя с дополнительной световой сигнализацией.
Тональность приборов авральной сигнализации должна отличаться от тональности
приборов других видов сигнализации.
Звуковые сигналы (за исключением колокола) должны иметь частоту сигнала от
200 до 2500 Гц. Могут быть предусмотрены средства регулирования частоты звуковых сигналов в указанных пределах.
Авральная сигнализация должна приводиться в действие при помощи двухполюс-
ного замыкателя с самовозвратом из рулевой рубки и из помещения, предназначенного для несения вахтенной службы при стоянке в порту, если оно имеется.
Если авральный сигнал не слышен из рулевой рубки или из поста, с которого он подается, после замыкателя должна быть установлена сигнальная лампа, информирующая о приведении в действие авральной сигнализации. Замыкатели должны иметь надписи, указывающие их назначение.
Звуковые приборы, замыкатели и распределительные устройства системы авраль-
ной сигнализации должны иметь хорошо видимые отличительные обозначения.
Специальная сигнализация
Основными видами специальной электрической сигнализации являются пожарная и трюмная. Эти виды относятся к системе предупредительной сигнализации, обеспечиваю
щей оповещение вахтенных помощников о возникновении пожара в местах установки датчиков или появления воды в трюмах.
5. Судовая пожарная сигнализация
5.1. Основные сведения
Пожарная электрическая сигнализация комплектуется коммутатором, устанавливае
мым в рулевой рубке, и отдельными электрическими цепями с многочисленными датчика-
ми-извещателями, устанавливаемыми в местах возможного возникновения пожара. Коммутатор пожарной сигнализации выполняется в форме коробки, укрепляемой на переборке. Схема коммутатора собирается из электрических реле и ламп сигнализации.
Электрические реле принимают сигналы от извещателей и включают лампы сигна
лизации, которые размещаются в отдельных ячейках лицевой панели, покрытой матовым стеклом, изображающей форму судна.
На судах с большим количеством грузовых и служебных помещений на лицевой па
нели коммутатора может изображаться силуэт судна с разбивкой по палубам и отдельным участкам с лампами сигнализации. На принятый сигнал от извещателя реагирует реле и включает лампу сигнализации соответственно месту сработавшего извещателя, например,
трюму №3.
Для привлечения внимания включается звонок.
5.2. Датчики-извещатели пожара
По принципу действия датчики-извещатели пожара делятся на два вида:
1. приборы ручного действия ( кнопочные выключатели );
2. автоматические приборы.
В свою очередь, автоматические приборы делятся на три вида:
Автоматические тепловые пожарные извещатели делятся на такие виды:
Ручные пожарные извещатели устанавливаются в местах, где предполагается посто
янное нахождение членов экипажа или пассажиров (палубы, проходы, коридоры, камбу-
зы).
Автоматические пожарные извещатели устанавливаются в местах, где не предпо-
лагается постоянное нахождение членов экипажа или пассажиров ( например, в помеще-
ниях фонарной с запасами керосина для заправки фонарей «Не могу управляться», маляр-
ной с запасами красок и моющих средств, грузовых трюмах и многих других служебных помещениях ).
Более подробная информация о местах установки ручных и автоматических пожар-
ных извещателей содержится в Правилах Регистра ( см. ниже ).
5.3. Биметаллические пожарные извещатели
В биметаллических пожарных извещателях чувствительным к теплу элементом является биметаллическая пластина ( рис. 16.12 ).
Рис. 16.12. Биметаллическая пластинка
Биметаллическая пластина состоит из двух слоев металлов с разными коэффициен-
тами линейного расширения α и α. Слои металла соединяются либо сваркой, либо про-
каткой в горячем состоянии. При нагревании пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Изгиб пластины используется для воз-
действия на контакты реле.
При производстве биметаллических пластин применяют материалы с низким коэф-
фициентом линейного расширения, например, железониеклевый сплав инвар, и с высоким коэффициентом хромоникелевые, молибденоникелевые и немагнитные стали.
Разновидностью автоматических биметаллических извещателей являются макси
мально-дифференциальные ( рис. 16.13 )..
Рис. 16.13. Максимально-дифференциальный пожарный извещатель
Чувствительный механизм извещателя находится в пластмассовом корпусе 2. Два биметаллических чувствительных элемента 3 и 4 неподвижными концами прикреплены к стойкам, а подвижными - к осям контактных шайб. Элемент 3 расположен в закрытой камере 7, а элемент 4 - в открытой камере 6.
При медленном нарастании температуры оба элемента, одинаково нагреваясь, пово
рачивают контактные шайбы 9 и 10 с одинаковой угловой скоростью. Поэтому электриче-
ские контакты остаются замкнутыми. При достижении заданной температуры движение контактной шайбы 9 закрытого элемента ограничивается упором 1, вследствие чего кон-
такты размыкаются, и происходит срабатывание извещателя при максимально допусимой температуре.
При резком скачкообразном повышении температуры окружающей среды откры-
тый элемент 4 быстрее воспринимает ее, а следовательно, угловая скорость контактной шайбы 10 выше, чем шайбы 9. Происходит выключение контакта, т. е. извещатель сраба-
тывает как дифференциальный.
Чувствительный элемент 4 защищен от механических повреждений перфорирован-
ным пластмассовым чехлом 5. Два сальниковых ввода 8 служат для подключения прово-
дов.
5.4. Ртутные термометры с электрическими контактами
Такие термометры состоят из стеклянной колбы, частично заполненной ртутью.
В стенку колбы впаивается платиновый электрод, который служит выводом. Второй вы-
вод, размещенный в верхней части колбы, выполнен подвижным. Его можно перемещать вручную при помощи магнита.
Рабочий объем колбы заполняется ртутью.
При повышении температуры ртуть нагревается и расширяется, т.е. увеличивается в объеме. Уровень ртути в колбе повышается, и при некоторой температуре ртуть соединя
ет оба вывода между собой.
Для регулирования температуры срабатывания изменяют расстояние между элект-
родами путем перемещения подвижного вывода при помощи магнита: чем больше это расстояние, тем при большей температуре замкнутся контакты.
5.5. Дымовые ( ионизационные) извещатели
Дымовые ( ионизационные) извещатели изготавливаются с радиоактивным препа-
ратом америцием, выполненным в форме колец, размещенных в двух ионизационных камерах.
Одна камера (сравнительная) изолируется от окружающей среды, через вторую (из-
мерительную ) проходит воздух. Камеры центральными электродами - анодами соединя-
ются между собой.
При впуске дымовых газов в камеру повышается электрическое сопротивление, что приводит к изменению равновесия напряжений, приложенных к этим камерам. Как только разность этих напряжений достигнет напряжения зажигания лампы с холодным катодом, она откроется и в сигнальной линии возникнет ток, поступающий на коммутатор.
5.6. Извещатель пламени
Извещатель пламени является полупроводниковым прибором, реагирующим на световое излучение, исходящее от очага пожара. Основными элементами извещателя явля
ются фотоэлемент с линзой, пропускающей только инфракрасное излучение, транзисторный усилитель и лампа с холодным катодом.
Под действием инфракрасного излучения очага пожара на фотоэлементе появляет
ся ЭДС, которая усиливается и открывает лампу. Сигнал пожарной тревоги подается на коммутатор в рулевую рубку. После принятия сигнала тревоги вахтенный помощник при-
нимает меры к ликвидации очага пожара, объявляя по судну пожарную тревогу.
5.7. Схема пожарной сигнализации
В схеме пожарной сигнализации ( рис. 16.14 ) используются датчики-извещатели, контакты которых замкнуты при нормальной температуре.
Рис. 16.14. Схема пожарной сигнализации
При пожаре сигнал тревоги поступает в ходовую рубку на щите пожарной сигнали
зации, в котором смонтированы электромагнитное реле, конденсатор, лампа, сигнализирующая о пожаре, и два выключателя. Рядом с щитом установлен звонок.
Питание схемы пожарной сигнализации обеспечивается от стартерной аккумуля-
торной батареи дизель-генераторов напряжением 24 В через групповой щит.
При подаче напряжения на выводы соединительного щита схема автоматической пожарной сигнализации готова к действию.
На щите пожарной сигнализации (ЩПС) выключатели SI, S2 должны быть постоян
но включены (рис. 16.13 ). Так как контакты пожарных извещателей при нормальной тем
пературе замкнуты, ток проходит через катушку реле Л7, однополюсный выключатель S1 и контакты всех извещателей, соединенных последовательно. Реле Л7 срабатывает и размыкает свои контакты в цепях сигнальной лампы HI и звонка Н2. Схема находится под напряжением и постоянно готова к действию
При повышении температуры воздуха в машинном отделении до 70 °С один или несколько извещателей, находящихся наиболее близко от очага повышенной температу-
ры, срабатывают.
Размыкается цепь питания катушки реле K1 на ЩПС. Реле обесточивается и замы-
кает свои контакты в цепях питания сигнальной лампы и звонка. Лампа включается, а зво-
нок звонит.
Подача сигнала «Пожар» продолжается до тех пор, пока температура воздуха в ма-
шинном отделении не станет ниже 70 °С и извещатель снова не замкнет свои контакты в цепи катушки реле К1.
Для снятия звукового сигнала на ЩПС установлен выключатель S2.
Наличие в схеме питания и исправность реле, звонка и лампы проверяют размыка
нием выключателя S1 цепи катушки реле. При выключении катушки реле К1 его контакты замыкаются и подается сигнал «Пожар», как и в случае автоматического срабатывания пожарных извещателей.
Конденсатор С предназначен для защиты от ложных срабатываний извещателя в условиях повышенной вибрации корпуса судна. При размыкании контактов извещателей реле кратковременно остается включенным из-за тока разряда конденсатора.
Конденсаторы подобного назначения обычно встроены в извещатели.
6. Трюмная сигнализация
Трюмная сигнализация предназначена для оповещения о недопустимом повыше-
нии уровня воды под сланями. В качестве сигнализаторов используются мембранные дат-
чики-сигнализаторы, которые устанавливаются в непосредственной близости от днища трюма.
Давление столба воды, поступившей в трюм, вызывает деформацию мембраны, ко-
торая через толкатель передает движение на замыкающие контакты электрической цепи сигнализации. В рулевой рубке на коммутаторе трюмной сигнализации появляется свето-
вой сигнал. Принимаются меры по откачке воды.
7. Тахометры
7.1. Основные сведения
Тахометр устройство для измерения скорости вращения вала. В состав тахометра входят датчик и приемник скорости, а также линия электропередачи, соединяющая датчик и приемник.
В зависимости от принципа действия, различают два вида тахометров:
1. механические;
2. электрические.
Электрические тахометры предназначены для измерения частоты вращения греб-
ных валов, главных двигателей, турбонагнетателей, дизель-генераторов, вспомогательных механизмов и др.
В состав установки тахометров независимо от принципа работы входят датчик, ука
затели частоты вращения и проводная линия связи.
В качестве датчиков скорости используют генераторы постоянного или переменно
го тока, напряжение которых пропорционально скорости вала.
В качестве приемников скорости используют вольтметры постоянного или перемен
ного тока, шкала которых градуируется непосредственно в единицах измерения скорости вала ( чаще всего, в об / мин ).
В качестве линий связи используют 2- или 3-проводные кабели ( на постоянном токе 2-проводные, на переменном 3-проводные, в зависимости от типа тахометра ).
На судах применяют следующие типы тахометров:
3. компенсационные тахометры.
На судах чаще других применяются тахометры вольтметрового типа и индукцион-
ные тахометры..
7.2. Тахометры вольтметрового типа
Тахометр вольтметрового типа это генератор постоянного тока специального
исполнения небольшой мощности.
. Как известно из курса электротехники, э.д.с. генератора постоянного тока ( В )
Е = сnФ,
где с конструктивный коэффициент ( постоянная величина );
n частота вращения якоря генератора, об / мин;
Ф - магнитный поток полюсов генератора, Вб.
В тахометрах данного типа магнитный поток создается полюсами, выполненными
в виде постоянных магнитов ( т.е. на полюсах нет обмотки возбуждения ). Поэтому этот
поток есть величина постоянная.
Значит, с учетом того, что конструктивный коэффициент «с» и магнитный поток Ф величины постоянные, э.д.с прямо пропорциональна частоте вращения якоря
Е = сnФ ≡ n.
Поэтому шкалу измерителя скорости - вольтметра можно отградуировать непосред
ственно в единицах измерения скорости в об / мин ( или радианах в секунду ).
Прямо пропорциональная зависимость между скоростью и э.д.с. позволяет полу-
чить равномерную шкалу на вольтметре, что облегчает снятие отсчета скорости.
Рис. 16.15. Схема включения тахометра ( а ); схема магнитного шунта ( б )
Схема включения тахометра вольтметрового показана на рис. 16.15, а.
Гребной вал через механическую передачу 2 (зубчатые колеса и цепную передачу) передает вращение якорю генератора 3. Последний связан проводами 4 с указателями 5, представляющим собой вольтметры магнитоэлектрической системы.
К одному датчику скорости генератору подключают несколько тахометров, распо
ложенных в разных местах в машинном отделении, на мостике и др. Длина проводов ли
нии электропередачи между генератором и тахометрами получается разной, поэтому пока-
зания вольтметров могут отличаться.
Для регулировки показаний в корпус каждого тахометра встраивается корректор - регулировочный резистор, ось которого выведена наружу прибора и имеет гнездо шлиц. Для регулировки вставляют отвертку в шлиц и поворачивают ось резистора в нуж-
ном направлении, до получения правильного отсчета. Для получения истинного значения скорости вала используют механические тахометры.
Кроме такой индивидуальной регулировки, отдельной для каждого тахометра, воз-
можна общая регулировка показаний всех тахометров одновременно.
Для этой цели служит магнитный шунт, встроенный в корпус генератора ( рис. 16.15, б ).
Этот шунт из ферромагнитного материала располагается рядом с полюсами посто-
янных магнитов. Магнитный поток, пронизывающий якорь генератора
Ф = Ф- Ф
Ф- магнитный поток постоянных магнитов;
Ф- магнитный поток, проходящий через шунт.
Расстояние между полюсами и шунтом можно изменять при помощи регулировоч-
ного винта. При удалении шунта от полюсов воздушный зазор между шунтом и полюса-
ми увеличивается, поэтому часть магнитного потока полюсов, отбираемая шунтом, умень-
шается. Поэтому увеличивается магнитный поток, проходящий через якорь генератора, а
значит, и э.д.с. генератора.
Обычно такую регулировку применяют для компенсации старения постоянных маг
нитов, которое приводит к постепенному уменьшению магнитного потока полюсов.
Отечественной промышленностью изготовляются датчики ( генераторы ) вольтмет
ровых тахометров типа МЭТ 8/30 ( М морской, Э - электрический, Т тахометр, 8 мак
симальное число тахометров, которые можно подключить к генератору, 30 номинальное напряжение генератора при 1500 об/мин, В ).
Указатели тахометров типов М-150, М-160, М-170, М-180, М-185 и М-186 имеют
поворот стрелки на 240°. Указатели некоторых типов имеют светящуюся стрелку и шкалу,
Указатели других типов имеют внутреннее электрическое освещение и светящуюся шкалу.
Основная погрешность при измерении в пределах от 10 до 100% номинального зна
чения частоты вращения вала не превышает ±1% от номинального значения шкалы.
К положительным качествам вольтметровых тахометров относятся: быстрота изме
рения, равномерность градуировки шкалы указателя, простота и надежность действия, возможность подключения к датчику большого числа указателей (до восьми приборов) и небольшая погрешность измерений.
Недостаток этой системы: изменение постоянства магнитного потока полюсов гене
раторов вследствие ударных сотрясений, вибрации и температурных колебаний, а также наличие коллектора, за которым требуется значительный уход.
7.3. Индукционные тахометры
Для измерения частоты вращения быстровращающихся валов применяются малогабаритные трехфазные индукционные тахометры типа ТЭ (ТЭ-204, ТЭ-205, ТЭ-206 и ТЭ-207).
Рис. 16.16. 3-фазный индукционный тахометр:
1 - 3-фазный синхронный генератор; 2 - 3-фазный синхронный двигатель; 3
вращающийся постоянный магнит; 4 алюминиевый диск; 5 противодействую-
щая пружина
Трехфазные индукционные тахометры (рис. 16.16 ) имеют синхронный трехфазный генератор 1, механически соединенный с исследуемым валом, и синхронный двигатель 2, связанный с генератором 3-проводной линией.
Частота выходного напряжения генератора пропорциональна измеряемой угловой скорости, поэтому частота вращения ротора синхронного двигателя также пропорциональ
на частоте вращения вала.
При вращении постоянного магнита 3, закрепленного на валу двигателя 2, в алюми
ниевом диске 4 индуктируются вихревые токи, пропорциональные частоте вращения дви
гателя.
Взаимодействие этих токов с магнитом 3 вызывает появление вращающего момен-
та, пропорционального частоте вращения, который стремится повернуть диск 4 вслед за магнитом. Вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом пружи
ны 5, так что отклонение подвижной части прибора пропорционально частоте вращения.
При изменении направления вращения вала чередование фаз генератора, направле-
ние вращения двигателя и отклонения стрелки измерительного прибора также изменяют-
ся на противоположное.
Диапазон измерений частоты вращения тахометрами индукционного типа от 0 до 3500 об/мин, максимальная погрешность не превышает ± 2,2% от номинального значения шкалы. Основной недостаток тахометра малый срок службы.
8. Техническая эксплуатация судовых систем связи, управления и сигнализации
8. 1. Требования Правил Регистра к машинным электрическим телеграфам
Машинные телеграфы должны быть оборудованы визуальной сигнализацией о на-
личии напряжения в цепи питания и звуковой сигнализацией об исчезновении напряжения в цепи питания.
Машинные телеграфы, установленные в рулевой рубке, должны иметь шкалу с ре-
гулируемой освещенностью.
Машинные телеграфы должны получать питание от главного распределительного щита или от щита навигационных устройств.
Если на судне применен объединенный пульт управления судном, машинный теле-
граф может получать питание от этого пульта.
Установка датчика машинного телеграфа в рулевой рубке должна быть такой, что-
бы при передаче приказаний о ходе судна оперативная рукоятка прибора перемещалась в том же направлении, что и судно. Вертикальное положение рукоятки должно соответство
вать команде «стоп».
При установке машинных телеграфов, устройств дистанционного управления главными двигателями и винтами регулируемого шага на наклонных моделях пультов управле
ния рукоятка в положении «стоп» должна быть установлена перпендикулярно к плоскости пульта и фиксироваться точно в этом положении.
При наличии двух машинных телеграфов и более, расположенных в непосредствен
ной близости друг к другу (на одной палубе), телеграфы должны обеспечивать передачу команды с любого из них и получение ответа на все одновременно без дополнительных переключений.
Переход на телеграфы, расположенные на другой палубе или в другой части судна,
должен осуществляться при помощи переключателей, расположенных на ходовом мости-
ке.
Каждый машинный телеграф должен иметь звуковое сигнальное устройство, обес-
печивающее подачу звукового сигнала на ходовом мостике и в машинном помещении при подаче команды и ответе об исполнении. При неправильном ответе действие звукового сигнального устройства прекращаться не должно.
Два независимых средства связи должны предусматриваться между постом управ-
ления на ходовом мостике и тем местом в машинном помещении или ЦПУ, из которого обычно осуществляется управление главными механизмами. Одним из этих средств дол-
жен быть машинный телеграф, обеспечивающий визуальную индикацию команд и отве-
тов, как в машинном помещении, так и на ходовом мостике и оборудованный звуковым сигналом, хорошо слышимым в любом месте машинного помещения при работающих механизмах и по тону звука отличающимся от других сигналов в данном машинном помещении.
По крайней мере, одно средство связи должно быть предусмотрено между постом
управления на ходовом мостике и любым другим постом, из которого возможно управле
ние главными механизмами и движителями.
Допускается установка одного переговорного устройства на два поста управления,
расположенными близко друг к другу.
8.2. Правила технической эксплуатация машинных телеграфов
Перед выходом в рейс необходимо совместно со старшим помощником и вахтен-
ным механиком и электромехаником подготовить к действию машинные электрические телеграфы.
При подготовке следует:
1. измерить сопротивление изоляции;
2. переместить командные стрелки в одно, а затем в другое крайнее положение по-
воротом рукоятки каждого поста телеграфов либо поочередно нажать кнопки кнопочных телеграфов;
3. произвести проверку промежуточных положений;
4. проверить действие сигнализации.
Примечание. При наличии совмещенных постов управления системами ДАУ и ма-
шинных телеграфов их проверка выполняется совместно.
При использовании указателей положения руля и машинных электрических теле-
графов необходимо следить за исправностью ламп и содержать в чистоте датчики, указа-
тели и аппараты. Перед выходом в рейс необходимо подготовить к действию передачи к электрическим тахометрам гребных валов. При подготовке следует проверить:
1. надежность крепления датчиков, шестерен и промежуточных стоек;
2. нормальное натяжение цепей;
3. наличие смазки шестерен.
Смазывать, чистить или отключать датчики тахометров при вращении гребных ва
лов запрещается.
8.3. Требования Правил Регистра к служебной телефонной связи
При отсутствии других видов парной переговорной связи должна быть предусмот-
рена независимая парная телефонная связь между рулевой рубкой и постами управления главными механизмами, между рулевой рубкой и радиорубкой.
При наличии на судне закрытого или открытого центрального поста управления должна быть обеспечена парная переговорная связь между ЦПУ и рулевой рубкой, а так-
же между рулевой рубкой и местными постами управления главными механизмами и дви
жителями.
Для этой цели могут использоваться либо независимые парные телефонные связи,
либо парная телефонная связь между рулевой рубкой и центральным постом управления с параллельно подключенными и установленными на местных постах управления телефона
ми.
Кроме устройств связи, указанных выше, должна быть предусмотрена отдельная система телефонной связи рулевой рубки с основными служебными помещениями и поста
ми: баком, ютом, постом наблюдения на мачте, румпельном отделением, помещениями, в которых расположены аварийный распределительный щит, гирокомпас, станция объемно-
го пожаротушения, гребные электрические двигатели, а также с другими помещениями, в которых размещены устройства, обеспечивающие безопасность плавания судна.
Должна быть предусмотрена телефонная связь между центральным постом управ
ления главными механизмами или местным постом управления главными механизмами и жилыми помещениями механиков.
Вместо телефонов для этих целей допускается использовать двустороннее громко
говорящее устройство.
При наличии независимой парной переговорной связи между рулевой рубкой и указанными помещениями дополнительные средства связи можно не устанавливать.
Системы служебной связи должны обеспечивать возможность вызова абонента и четкое ведение переговоров в условиях специфического шума у мест расположения обору
дования связи. При установке аппаратов служебной телефонной связи в помещениях с большой интенсивностью шума должны быть приняты меры для шумопоглощения или предусматриваться дополнительные телефонные трубки.
Для устройств связи должны быть предусмотрены источники питания, которые обе
спечивают их работу при отсутствии питания от основных источников энергии.
Повреждение или отключение одного аппарата ,не должно нарушать работоспособ-
ности других аппаратов.
Телефоны, предусмотренные для парной переговорной связи между рулевой руб-
кой и центральным постом управления или между рулевой рубкой и местными постами управления главными механизмами и движителями, должны быть оборудованы звуковой и световой сигнализацией о вызове, как в центральном посту управления, так и в машин
ном отделении.
Двусторонняя громкоговорящая установка может быть самостоятельной или совме
щенной с командно-трансляционным устройством.
8.4. Требования Правил Регистра к авральной сигнализации
Суда, на которых объявление аврала голосом или иным средством не может быть
слышно одновременно во всех местах, где могут находиться люди, должны оборудоваться электрической авральной сигнализацией, обеспечивающей хорошую слышимость сигна-
лов во всех таких местах.
Звуковые приборы должны устанавливаться в следующих местах:
1. в машинных помещениях;
2. в общественных помещениях, если их площадь превышает 150 м2;
3. в коридорах жилых, служебных и общественных помещений;
4. на открытых палубах;
5. в производственных помещениях.
Система авральной сигнализации должна питаться от судовой сети, а также от шин
аварийного распределительного щита.
Допускается питание авральной сигнализации от судовой сети и от отдельной акку
муляторной батареи при наличии устройств для автоматического переключения цепей авральной сигнализации на аккумуляторную батарею. В этом случае не требуется питания от аварийного и переходного источников электрической энергии.
Система авральной сигнализации должна обеспечиваться непрерывным питанием
независимо от того, находится батарея аккумуляторов в положении зарядки или разрядки.
В случае применения отдельной аккумуляторной батареи для авральной сигнализа
ции допускается питать от нее также другие устройства внутренней связи и сигнализации, если емкость батареи достаточна для одновременного питания всех потребителей в тече-
ние не менее 3 ч, а также, если эти устройства выполнены таким образом, что поврежде-
ние одной цепи не нарушает работы других цепей, если для этих устройств не предусмот
рено более длительного времени питания.
Звуковые приборы авральной сигнализации должны располагаться таким образом,
чтобы, сигнал был четко слышен при шуме в данном помещении. Звуковые приборы, уста
новленные в помещениях с большой интенсивностью шумов, должны снабжаться свето-
вой сигнализацией.
Тональность приборов авральной сигнализации должна отличаться от тональности
приборов других видов сигнализации.
Авральная сигнализация должна приводиться в действие при помощи двухполюсно
го замыкателя с самовозвратом из рулевой рубки и из помещения, предназначенного для несения вахтенной службы при стоянке в порту, если оно имеется.
Если авральный сигнал не слышен из рулевой рубки или из поста, с которого он подается, после замыкателя должна быть установлена сигнальная лампа, информирующая о приведении в действие авральной сигнализации. Замыкатели должны иметь надписи, указывающие их назначение.
В цепях системы авральной сигнализации не должны устанавливаться другие ком-
мутационные устройства, кроме замыкателя. При установке на распределительном щите системы авральной сигнализации выключатель должен иметь блокировку во включенном положении или предохраняться другим способом от доступа к нему посторонних лиц.
Допускается использование промежуточных контакторов, включаемых замыкате-
лем, но не более одного контактора в каждом луче.
Звуковые приборы, замыкатели и распределительные устройства системы авраль-
ной сигнализации должны иметь хорошо видимые отличительные обозначения.
При установке на судне звуковых приборов авральной сигнализации необходимо, чтобы сеть состояла не менее чем из двух лучей, включаемых одним замыкателем, с таким расположением звуковых приборов, чтобы в помещениях с большей площадью (машин-
ных и котельных помещениях, цехах по обработке продуктов промысла и лова и других) устанавливались звуковые приборы от разных лучей.
8.5. Правила технической эксплуатация систем служебной внутренней связи и авральной сигнализации
В перерывах между телефонными соединениями аппараты безбатарейной телефон
ной связи должны находиться в положении готовности к приему вызова всеми сигналами, установленными в данном телефонном пункте.
Все переключатели должны находиться в исходном положении, а микротелефон-
ные трубки должны быть установлены на аппараты. Натяжение и перекручивание шнуров не допускаются.
Действие телефонов парной связи «мостик-машина» необходимо проверять еже-
дневно; остальных телефонов безбатарейной связи - не реже одного раза в месяц.
Во время стоянок судна электромеханик должен принять меры по подключению
судовой автоматической телефонной станции (АТС) к береговой телефонной сети (при наличии соответствующих береговых устройств для подключения).
Действие звонковой сигнализации необходимо проверять:
варительным уведомлением вахтенного помощника.
2. обиходной и вахтенной - не реже одного раза в месяц.
Примечание. Использование авральной сигнализации не по прямому назначению запрещается;
8.6. Требования Правил Регистра к сигнализации обнаружения пожара
Автоматической сигнализацией обнаружения пожара должны быть оборудованы
следующие суда:
1. пассажирские;
2 грузовые валовой вместимостью 500 рег. т и более;
3 все суда, на которых в машинных помещениях категории А отсутствует постоян
ная вахта.
В помещениях, защищенных спринклерной системой, установка сигнализации обнаружения пожара не требуется.
На судах, указанных выше, автоматической сигнализацией обнаружения пожара
должны быть оборудованы следующие помещения (кроме помещений, в которых полно-
стью отсутствует горючая среда):
1 все жилые и хозяйственные (кроме сангигиенических, саун и провизионных кладовых);
2. кладовые судовых запасов взрывчатых веществ, кладовые легко воспламеняю-
щихся и горючих материалов, сварочные мастерские;
3. посты управления (за исключением ЦПУ, аккумуляторных и агрегатных);
4. недоступные грузовые помещения на пассажирских судах;
5. грузовые помещения судов, перевозящих не навалочные опасные грузы, включая
суда валовой вместимостью менее 500 рег. т;
6. помещения специальной категории;
7. закрытые грузовые помещения с горизонтальным способом погрузки и выгрузки
( типа ро-ро );
8. закрытые грузовые помещения, приспособленные для перевозки автотранспорта с топливом в баках;
9. коридоры, трапы и пути эвакуации в районе жилых помещений на пассажирских
судах со спринклерной системой и на грузовых судах при конструктивной противопожарной защите по способам 1С и II С;
10. помещения инсинераторов ( устройств для сжигания жидких и твердых отходов );
11 пожароопасные зоны (такие, как места расположения или выгородки сепарато-
ров, установок жидкого топлива и т.п.), не находящиеся под непрерывным наблюдением с места несения вахты в машинных помещениях категории А с постоянной вахтой;
В системах автоматической сигнализации обнаружения пожара могут применяться извещатели, срабатывающие под влиянием теплового или дымового эффекта либо действующие на других принципах, одобренных Регистром.
Световые извещатели могут применяться только в дополнение к дымовых или теп-
ловым.
Тепловые извещатели в помещениях с нормальной температурой воздуха должны
срабатывать в интервале температур 54...78°С, а в помещениях с высокой температурой воздуха, таких, как некоторые районы машинных помещений категории А, сушильные, камбузы, сауны и т.п. в интервале 80...100°С при скорости повышения температуры не более 1 °С/мин.
Извещатели, устанавливаемые в дымоходах и воздуховодах котлов, должны сраба
тывать при температуре, превышающей максимальную рабочую температуру дымовых газов на 100° С.
Тепловые извещатели должны надежно работать при температуре по крайней мере на 5 °С выше температуры настройки чувствительного элемента.
В помещениях, указанных в п. .9, должны устанавливаться дымовые извещатели, срабатывающие до того, как плотность дыма достигнет значения, при котором ослабление света превысит 12,5% на 1м, но не раньше, чем плотность дыма достигнет значения, при котором ослабление света превысит 2% на 1м.
Дымовые извещатели, устанавливаемые в машинных помещениях категории А,
должны срабатывать при такой плотности дыма, при которой ослабление света достигает не более 50% на 1 м.
В машинных помещениях категории А могут также применяться извещатели, обнаруживающие очаг пожара по появлению пульсаций температуры (теплоимпульсные). Из-
вещатели должны быть настроены на частоту пульсаций температуры от 1,9 - 2,3 Гц и вы-
ше и срабатывать при превышении амплитуды на (2±0,5)°С независимо от температуры помещения.
Автоматические извещатели должны быть такого типа, чтобы после испытаний на срабатывание они возвращались в режим нормальной работы без замены каких-либо эле-
ментов.
Извещатели должны устанавливаться в каждом защищаемом помещении, ограни-
ченном переборками, палубами и выгородками, в верхней части таким образом, чтобы обеспечивался беспрепятственный приток к ним продуктов сгорания. Эти извещатели должны быть защищены от ударов и подобных повреждений. Извещатели, установленные на подволоке, должны отстоять от переборок не менее чем на 0.5 м.
При защите машинных помещений теплоимпульсными извещателями максималь-
ная площадь палубы, обслуживаемая извещателем, должна составлять 50 м , а расстояние между центрами не более 6 м.
8.7. Требования Правил Регистра к сигнализации предупреждения о пуске систем пожаротушения
Сигнализацией предупреждения о пуске систем пожаротушения, должны быть обо
рудованы те помещения, в которых в условиях нормальной эксплуатации постоянно или периодически могут находиться люди в связи с выполнением служебных обязанностей, например, таких как машинные помещения категории А и грузовые помещения за исклю
чением небольших помещений, из которых путь эвакуации от наиболее удаленной части помещения до выходной двери из него не превышает 10 м; при этом высота трапа не превышает 2,5 м.
Сигнал предупреждения о пуске системы пожаротушения должен подаваться толь
ко в пределах того помещения, куда вводится огнетушащее вещество.
Включение сигнализации предупреждения должно быть сблокировано с ручным и
дистанционным пуском системы независимо от того, откуда производится пуск.
Сигнал предупреждения должен подаваться в защищаемое помещение с таким рас
четом, чтобы люди могли покинуть помещение до момента ввода огнетушащего вещества.
Это время должно быть равно приблизительно 1-2 мин и определяться временем эвакуации от наиболее удаленной части помещения до выходной двери из него.
Сигнал должен быть четким, ясным, хорошо слышимым среди шума в помещении и по тону отличаться от других сигналов. В дополнение к звуковому сигналу должен быть установлен световой сигнал «Газ! Уход!».
Звуковое сигнальное устройство в насосном помещении должно быть:
1. пневматическим, приводимым в действие сухим чистым воздухом;
2. или электрическим искробезопасного типа;
3. или электрическим с приводным механизмом, расположенным вне насосного помещения.
В системе сигнализации обнаружения пожара, должны быть предусмотрены два
независимых источника питания электрической энергий.
Если основным источником питания является судовая сеть, то резервным источни-
ком должна быть аккумуляторная батарея, емкость которой должна соответствовать требованиям предъявляемым к аварийных источникам на судах
Должно быть предусмотрено автоматическое переключение питания на резервный
источник с подачей звуковой сигнализации о переключении питания.
Если основным источником является аккумуляторная батарея, должны быть преду
смотрены две отдельные аккумуляторные батареи (основная и резервная), причем емкость каждой из них должна быть достаточной для работы системы сигнализации обнаружения пожара без подзарядки в течение не менее 3 суток.
8.8. Требования Правил Регистра к ручным извещателям пожарной сигнализации
Извещатели ручной пожарной сигнализации должны быть предусмотрены на су-
дах, которые оборудованы автоматической сигнализацией обнаружения пожара.
На судах извещатели ручной пожарной сигнализации должны быть установлены в
следующих местах:
1. в коридорах жилых, служебных и производственных помещений;
2. в вестибюлях;
3. в общественных помещениях площадью более 150м2;
4. в машинных помещениях категории А, а также в центральных постах управления;
5. в производственных
6. в помещениях специальной категории;
7. у выходов из жилых и машинных помещений в грузовые помещения для авто
транспорта с топливом в баках.
Извещатели должны быть расположены в легкодоступных местах и быть хорошо
заметными.
На пассажирских судах в пределах одной главной вертикальной противопожарной зоны должно быть установлено не менее одного извещателя с каждого борта на каждой палубе с таким расчетом, чтобы в пределах одной главной вертикальной противопожар-
ной зоны расстояние между извещателями не превышало 20 м.
На прочих судах внутри жилых и служебных помещений должно быть установлено
по одному извещателю на каждой палубе, а если длина коридора более 20 м, должно быть два извещателя на каждой палубе, установленных в коридорах разных бортов по возможности в противоположных частях помещений.
Если жилые и служебные помещения расположены в разных районах по длине
судна (например, в средней части и в корме), извещатели должны быть расположены в каждом районе на каждой палубе в указанном количестве.
Для ручной пожарной сигнализации допускается использование лучей автоматиче
ской пожарной сигнализации.
Все извещатели ручной пожарной сигнализации должны быть окрашены в красный цвет и достаточно освещены в нормальных и в аварийных условиях. Кнопка извещателя должна находиться под стеклом.
8.9. Требования Правил Регистра к системам дымной сигнализации
Система сигнализации обнаружения пожара, работающая на принципе анализа воз-
духа, поступающего из защищаемых помещений в приемное устройство сигнализации, вместе с вентиляторами должна получать питание от основного и другого независимого источников электрической энергии.
Приемное устройство сигнализации обнаружения пожара, кроме дымовой, должно
быть сконструировано таким образом, чтобы:
других цепей;
ступающими на приемное устройство, и позволял определить расположение помещения, из которого поступил сигнал обнаружения признаков пожара;
тали на размыкание. Допускается применение контактных датчиков, работающих на замы
кание, если они имеют герметизированные контакты, а цепь их непрерывно контролирует
ся для обнаружения повреждения;
8.10. Визуальные сигналы обнаружения пожара
Визуальный сигнал обнаружения признаков пожара необходимо выполнить таким
образом, чтобы он состоял из двух указателей (двух ламп или двойной нити накаливания) или должно быть предусмотрено, специальное устройство для контроля исправности ламп сигнализации.
Визуальные сигналы должны быть раздельными для каждого рода информации.
Сигналы, служащие для определения расположения помещения или района, из ко-
торого поступил импульс, могут быть общими с сигналом обнаружения пожара или повреждения.
Визуальные сигналы должны действовать с момента получения импульса до момен
та устранения причины их срабатывания.
Виды сигналов, применяемых в системах пожарной сигнализации о режимах работы и неисправностях
Виды сигналов должны соответствовать таблице 16.1.
Таблица 16.1.
Виды сигналов, применяемых в системах сигнализации о режимах работы и неисправностях
№ п/п |
Сигнализация о режимах работы и неисправностях |
Сигнал при применении систем температурной сигнализации обнаружения пожара |
Сигнал при применении систем, в которых воздух поступает из охраняемых помещениях в приемное устройство сигнализации |
1 |
Работа устройства |
Визуальный |
Визуальный |
2 |
Питание от аварийного источника |
Визуальный |
Визуальный |
3 |
Признаки пожара и местонахождение помещения или района, в котором обнаружены признаки пожара |
Визуальный Звуковой |
Визуальный Звуковой |
4 |
Отсутствие тяги в обнаружительной камере |
- |
Визуальный Звуковой |
5 |
Отсутствие тяги в трубопроводах |
- |
Визуальный Звуковой |
6 |
Обрыв в цепях датчиков |
Визуальный Звуковой |
- |
7 |
Местонахождение повреждений цепи датчиков |
Визуальный |
- |
8 |
Отключенное состо- яние извещательной линии** |
Визуальный |
- |
9 |
Исчезновение пита- ния |
Визуальный Звуковой |
Визуальный Звуковой |
** Рекомендуется |
Если сигнал обнаружения пожара на приемном устройстве не будет принят во вни-
мание в течение двух минут, в машинных, жилых и других помещениях, где могут нахо-
диться члены экипажа, должна автоматически включаться сигнализация о пожаре.
Питание сигнализации должно осуществляться от судовой сети и аккумуляторной батареи емкостью, достаточной для ее питания в течение 30 мин.
При этом должно быть предусмотрено устройство для автоматического переключе-
ния цепей питания сигнализации на аккумуляторную батарею при исчезновении напряже
ния в судовой сети.
Системы обнаружения пожара, способные дистанционно определять расположение помещения, из которого поступил сигнал обнаружения пожара, должны быть выполнены так, чтобы:
1. петля не могла бы быть повреждена пожаром более чем в одной точке;
2. были предусмотрены средства, которые при любом повреждении в петле (напри
мер, обрыв, короткое замыкание, заземление) сохраняли бы ее работоспособность;
3.должна быть предусмотрена возможность быстрого восстановления работоспо-
обности системы в случае выхода из строя ее электрических, электронных элементов, а также при искажении информации;
4. срабатывание первого сигнала пожарной сигнализации не препятствовало бы срабатыванию любого другого извещателя и подаче последующих сигналов тревоги.
8.11. Правила технической эксплуатации систем сигнализации обнаружения пожара и систем сигнализации о пуске системы объемного пожаротушения
Использование систем сигнализации обнаружения пожара и предупреждения о вво
де в действие средств объемного пожаротушения (углекислым газом и т. п.) производится вахтенным помощником.
При наличии автономных систем сигнализации в машинных помещениях контроль за их работой осуществляется вахтенным механиком.
Системы сигнализации обнаружения пожара и предупреждения о вводе в действие
средств объемного пожаротушения должны постоянно находиться в действии. Вывод из действия систем (частично или полностью) для устранения неисправностей или выполне-
ния ТО допускается с разрешения капитана и с предварительным уведомлением вахтен-
ного помощника.
При нахождении на борту пассажиров или опасных грузов вывод из действия си-
стем не допускается.
При вводе в действие системы сигнализации обнаружения пожара необходимо:
равления находятся в исходных положениях;
тем от резервного источника питания (аккумуляторной батареи);
3. проверить исправность лучей.
При использовании систем необходимо ежедневно проверять:
1. величину напряжения питания;
2. выборочно величину контрольного тока в лучах;
3. исправность сигнальных ламп в ручных пожарных извещателях.
Во время грузовых операций второй помощник должен принимать меры по обеспе
чению сохранности пожарных извещателей в трюмах.
При вводе в действие дымосигнальных установок необходимо:
1. продуть трубопровод воздухом, минуя контролирующую аппаратуру;
2. проверить работу вентиляторов их поочередным включением;
3. проверить свечение ламп и чувствительность прибора;
4. проверить имитацией срабатывание установок.
Проверку величины напряжения источников питания, действующих систем преду-
преждения (сигнализации) о вводе в действие средств объемного пожаротушения необхо-
димо выполнять ежедневно.
Проверку систем в действии (путем имитации) необходимо проводить в соответ-
ствии с инструкциями по эксплуатации перед выходом судна в рейс и во время учебных тревог, но не реже одного раза в 10 дней. Проверка должна выполняться по согласованию с капитаном или вахтенным помощником совместно с механиком по заведованию.
Контрольные вопросы
входят в её состав?
зью?
фонных цепей?
их достоинства?
Каковы ее достоинства? Какие служебные помещения соединяются при помощи систем
прямой телефонной связи?
ным коммутатором. Каковы ее достоинства? Какие служебные помещения соединяются при помощи таких систем?
плектов?
13. Каково назначение сигнально-вызывного устройства системы АТС?
14. Какой сигнал посылается вызывающему абоненту в случае занятости вызывае-
мого абонента?
15. Какие основные операции выполняет автоматическая телефонная связь7
16. Что такое система синхронной связи? Какие электрические машины использу
ются в ней? Каковы достоинства систем синхронной связи?
17. Объясните устройство и принцип действия контактных сельсинов с однофазной обмоткой на статоре; на роторе. Сравните свойства этих двух типов сельсинов
18. Объясните устройство и принцип действия бесконтактных сельсинов. Каковы
достоинства этих сельсинов?
19. В чем заключается принцип действия индукционной синхронной связи? Как направлены моменты роторов сельсина-датчика и сельсина-приемника по отношению к моменту внешних сил приложенных к ротору сельсина-датчика? Каковы источники внеш
них сил?
20. Каково назначение машинного телеграфа?
21. Какие приборы расположены внутри передатчика-приемника машинного теле-
графа? Внутри приемника-передачика? Для чего предназначены эти приборы и в каких судовых служебных помещениях они установлены?
22. Что такое сдвоенные сельсины? В каких судовых устройствах они применяют-
ся?
23. Объясните устройство и принцип действия элементной схемы машинного теле-
графа
24. Каково назначение котельного телеграфа? В каком судовом помещении он рас-
положен и куда передает команды?
25. Каково назначение рулевого телеграфа? В каком судовом помещении он рас-
положен и куда передает команды? В каком случае он используется?
26. Для чего предназначены указатели положения пера руля? В каких судовых помещениях они устанавливаются?
27. Где находятся датчик и приемник положения пера руля? Каков внешний вид шкалы приемника?
28. Какова допускаемая Правилами Регистра погрешность передачи угла поворота пера руля при разных значениях этого угла?
29. Какие приборы относятся к судовым электрическим сигнальным устройствам и приборам?
30. Объясните принцип действия схем электрических звонков, работающих на об-
рыв; на короткое замыкание
31. Объясните принцип действия судовой обиходной сигнализации. Каковы источ-
ники питания этой системы сигнализации?
32. Объясните принцип действия судовой служебной сигнализации. Какие приборы находятся на командном посту системы? На исполнительном посту? Каковы источники питания служебной сигнализации?
33. Для чего предназначена авральная сигнализация? В каких местах судна, по Пра-
вилам Регистра, должны устанавливаться звуковые приборы этой сигнализации?
34. Каковы источники питания авральной сигнализации?
35. В каком случае звуковые приборы авральной сигнализации дублируются свето-
выми?
36. Из какого судового помещения приводится в действие авральная сигнализация?
При помощи какого устройства?
37. Какие виды сигнализации относятся к специальной?
38. Приведите основные сведения о пожарной сигнализации. Что такое коммутатор
станции пожарной сигнализации? В каком судовом помещении он устанавливается?
39. В каких случаях на лицевой части коммутатора станции пожарной сигнализа-
ции изображается силуэт судна?
40. Каким образом классифицируются по принципу действия датчики-извещатели пожарной сигнализации?
41. На какие виды делятся автоматические датчики-извещатели пожарной сигнали
зации?
42. В каких судовых помещениях устанавливают ручные пожарные извещатели?
автоматические извещатели?
43. Какие виды автоматических пожарных извещателей используют на судах? Чем отличаются эти виды?
44. Объясните устройство и принцип действия максимально-дифференциального пожарного извещателя
45. Объясните устройство и принцип действия ртутных термометров
46. Объясните принцип действия дымовых ( ионизационных ) извещателей пожара
47. Объясните устройство и принцип извещателя пламени
48. Объясните работу схемы пожарной сигнализации. Каким образом электрически соединены контакты пожарных извещателей? В каком состоянии эти контакты находятся в отсутствие пожара?
49. Объясните устройство и принцип действия трюмной сигнализации
50. Что такое тахометр? Из каких устройств он состоит?
51. Какие виды тахометров применяют на судах?
52. Для чего предназначены электрические тахометры?
53. Почему шкала тахометра вольтметрового типа линейная?
54. Объясните схему включения тахометра вольтметрового типа. Как изменится напряжение генератора при приближении магнитного шунта к полюсам генератора?
55. Каким образом регулируется напряжение указателей скорости, подключенных к тахометру вольтметрового типа на разных расстояниях от датчика скорости?
56. Объясните устройство и принцип действия 3-фазного тахометра
57. Какой сигнализацией об исчезновении напряжения в цепи питания должны быть оборудованы машинные электрические телеграфы?
58. Каковы источники питания машинных электрических телеграфов?
59. Каковы требования Правил Регистра к двум и более машинным телеграфам, расположенным в непосредственной близости друг от друга?
60. Каким звуковым устройством должны снабжаться машинные телеграфы? Где
эти устройства должны располагаться?
61. Какие два вида независимых средств связи должны устанавливаться между постом управления на мостике и центральным постом управления?
62. Каковы требования Правил Регистра к служебной телефонной связи?
63. Между какими местами на судне должна устанавливаться парная телефонная связь?
64. Какие средства связи, помимо телефонов, допускается использовать в помеще-
ниях с повышенной шумностью?
65. Какой сигнализацией должны быть оборудованы телефоны парной связи «руле
вая рубка центральный пост управления», «рулевая рубка местные посты управления главными механизмами и двигателями»?
66. Каковы требования Правил Регистра к двусторонней громкоговорящей связи?
67. В каких случаях должна устанавливаться электрическая авральная сигнализа-
ция? В каких местах судна устанавливают звонки и колокола громкого боя?
68. Каковы источники питания электрической авральной сигнализации?
69. В каком случае не требуется питание электрической авральной сигнализации
от аварийного или переходного источника электроэнергии?
70. Кто и каким образом приводит в действие электрическую авральную сигнали-
зацию?
71. Как часто надо проверять действие телефонов парной связи?
72. Как часто надо проверять действие электрической авральной сигнализации?
73. Какие суда должны быть оборудованы автоматической синализацией обнаруже
ния пожара?
74. В каких судовых помещениях не требуется установка сплинкерной сигнализа-
ции? В чем состоит принцип действия сплинкерной синагизации?
75. В каких судовых помещениях должна устанавливаться автоматическая сигнали
зация обнаружения пожара?
76. Какие типы извещателей пожара допускается применять в системах автоматиче
ской сигнализация обнаружения пожара? При каких температурах должны срабатывать извещатели?
77. При какой плотности дыма должны срабатывать дымовые извещатели?
78. В каких судовых помещениях могут применяться теплоимпульсные пожарные извещатели? При каких параметрах они должны срабатывать?
79. Каковы требования Правил Регистра к местам установки извещателей пожара?
80. В каких местах судна должны устанавливаться ручные пожарные извещатели?
81. В каком количестве и где именно должны устанавливаться ручные пожарные извещатели на пассажирских судах? На прочих судах?
82. В каких судовых помещениях должна устанавливаться сигнализация предупре
ждения о пуске систем пожаротушения?
ждения о пуске системы пожаротушения и момент ввода огнетушащего вещества?
ротушения?
жара?
87. Перечислите виды сигналов, применяемых в системах пожарной сигнализации
о режимах работы и неисправностях
88. В чем заключаются Правила технической эксплуатации систем сигнализации
обнаружения пожара и систем сигнализации о пуске системы объемного пожаротушения?
РАЗДЕЛ 6. СУДОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
1. Основные понятия светотехники и характеристики
Лучистая энергия, излучаемая в виде электромагнитных колебаний в пространство, является одной из известных форм энергии.
В зависимости от длины λ волны (то же, что и от частоты колебаний) лучистая энер
гия может иметь различные свойства и характер действия.
У излучений в виде радиоволн λ = (10 000…0,0001) м, у инфракрасных лучей λ =
= (1000,77) мкм ( микрометров ), у видимой части лучистой волны (световой) λ = (0,77…
…0,38) мкм, ультрафиолетовые лучи имеют длину волны λ = (0,38…0,008) мкм, у рентге-
новских, гамма- и космических лучей λ < 0,008 мкм.
Радиоволны излучаются искусственными вибраторами.
Инфракрасные лучи образуются, главным образом, при колебаниях отдельных час-
тей молекул или групп атомов.
Видимые и ультрафиолетовые лучи излучаются атомами и молекулами веществ в результате изменения состояний электронов на внешних орбитах.
Рентгеновские лучи возникают в результате изменений состояний электронов на внутренних орбитах.
Гамма-лучи появляются в результате распада радиоактивных элементов.
Итак, свет представляет собой поток электромагнитных колебаний с длиной волны 0,77…0,38 мкм.
В человеческом глазе этот поток, попадая на сетчатку, преобразуется в биологиче
скую энергию и воспринимается как свет. Восприятие света глазом пропорционально его чувствительности к различным цветам, точнее - к различным длинам волн.
Диапазон длин волн 0,77…0,38 мкм в глазе преобразуется в свет разных цветов, к каждому из которых глаз проявляет разную чувствительность. Наиболее видимыми являются желто-зеленые излучения с длиной волны 0,555 мкм.
Одной из основных величин в светотехнике является световой поток Ф, представ
ляющий собой мощность лучистой энергии, оцениваемую по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм). Например, лампа накаливания мощностью 40 Вт и напряжением 220 В излучает световой поток 268 лм, а люминесцентная лампа типа ЛБ мощностью 40 Вт 2350 лм.
Рис. 17.1. Кривая распределения силы света светильника типа 335А
Реальный источник света распределяет световой поток в пространстве неравномер
но.
Пространственная плотность светового потока носит название силы света:
I = Ф / Ω,
где Ω - телесный угол.
За единицу силы света принята кандела ( кд). Силу света, равную 1 кд, имеет точеч
ный источник света, который в пределах телесного угла 1 стерадиан (ср) создает световой поток, равный 1 лм (1 кд = 1 лм /1 ср).
Стерадиан - угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы.
Сила света определяется конструкцией осветительного прибора и значением свето
вого потока источника света. Она большая у сигнального прожектора, где угол Ω мал, и имеет небольшое значение у обычного светильника.
Чтобы иметь представление о том, как в разных направлениях данный светильник распространяет свет, строят кривые светораспределения ( рис. 6.1.), которые позволяют определить силу света от данного светильника в любом направлении при условной лампе в светильнике, создающей поток 1000 лм.
Для оценки условий освещения обычно пользуются понятием освещенности. За единицу освещенности принят люкс ( лк ). Освещенностью называется поверхностная площадь светового потока
Е = Ф / S,
где Ф - световой поток, лм;
S - площадь освещаемой поверхности, м2.
Например, в летний полдень освещенность составляет около 100 000 лк, в полнолу
ние - 0,2 лк, на столе в аудитории - 150 лк.
Освещенность на судах нормируется Правилами Регистра . Так, для помещений ЦПУ и МО освещенность должна быть не менее 75 лк, для проходов и палуб - 50 лк.
2.1. Классификация источников
По принципу действия источники света, применяемые на судах, разделяют на теп-
ловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низкого и высокого давления).
2.2. Лампы накаливания
Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки.
Два платинитовых или никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоко
лем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполня
ют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа.
Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N ) и уменьшить передачу теплоты к колбе.
Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400ºС, а газонаполнен-
ных - около 2900°С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ψ лампы - отношение светового потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт).
Лампы накаливания большой мощности, а также лампы низкого напряжения, имею
щие более толстую нить и, следовательно, допускающие более высокую температуру нака
ла, обладают большей световой отдачей по сравнению с ЛН малой мощности и высокого напряжения.
К применению на судах рекомендованы лампы судовые и общего назначения, с обычной и цилиндрической колбой (продолжительность горения 1000 ч), а также низко
вольтные миниатюрные и автомобильные лампы, лампы прожекторные мощностью 500-5000 Вт с небольшой продолжительностью горения (30-400 ч), лампы зеркальные с внут-
ренним зеркальным покрытием колбы для концентрации светового потока и лампы кварце
вые галогенные (йодистые).
Последние изготовлены в виде горизонтально устанавливаемых цилиндрических кварцевых трубок небольших габаритных размеров со спиральной нитью накала, располо-
женной по длине трубки. При напряжении 200 В их мощность (1500 и 1000 Вт) обеспечи-
вает мощный световой поток (33 000 и 22 000 лм) при сроке службы 2000 ч.
В состав инертных газов кварцевой лампы введены галогены (йод или бром), что обеспечивает оседание испаряющегося вольфрама на нить накала и повышает срок .служ-
бы лампы.
Рис. 17.2. Характеристики ламп накаливания:
N- время работы; Р мощность лампы; Ф световой поток лампы;
U напряжение питающей сети
Лампы накаливания широко используют благодаря ряду достоинств: простоте кон
струкции и низкой стоимости, широкому диапазону шкал мощностей и напряжений, раз
нообразию форм и размеров, простоте подключения к сети, отсутствию периода разгора-
ния и широкому диапазону рабочих температур (±60ºС).
В то же время они имеют существенные недостатки: низкий КПД (2-3 %), большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения (рис. 5.2), отличие спектраль-
ного состава от естественного света.
2.3. Люминесцентные лампы низкого давления.
По сравнению с лампами накаливания ЛЛ являются более совершенными источни
ками света.
На судах широко применяют трубчатые ЛЛ. Они выполнены в виде стеклянных трубок длиной 0,3-0,6 м (при напряжении 127 В) и 0,9-1,5 м (при напряжении 220 В).
На внутреннюю поверхность ламп нанесен слой люминофора. На концах трубки впаяны 2 электрода в виде вольфрамовой спирали, покрытой слоем оксида для увеличения эмиссии электродов. После откачивания воздуха в лампу вводится капля ртути и инерт-
ный газ под давлением 400 Па.
Принцип горения лампы основан на явлении люминесценции: атомы аргона, а за-
тем смеси атомов аргона и ртути под действием разности потенциалов на электродах начи
нают излучать ультрафиолетовые лучи (электролюминесценция). Лучи, попадая на люми-
нофор, вызывают его видимое свечение (фотолюминесценция).
Изменяя состав люминофора, получают ЛЛ трех типов: ЛД - лампы дневного света, ЛДЦ - лампы дневного света с улучшенной цветопередачей, ЛБ - лампы белого света.
В судовых условиях в основном применяют ЛЛ типа ЛБ со спектральным составом близким к естественному свету.
Оптимальная температура работы ЛЛ составляет 20-25ºС. Отклонение температуры в любую сторону уменьшает светоотдачу. При снижении напряжения на 10 % номинально
го лампы могут не зажечься или мигать, что является серьезным недостатком этих ламп.
или мигать.
Частота включений ЛЛ влияет на срок их службы, так как в момент включения про
исходит распыление оксидного покрытия электродов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться
По сравнению с ЛН люминесцентные лампы:
но;
К недостаткам ЛЛ следует отнести:
1. зависимость световых параметров от температуры;
2. наличие стробоскопического эффекта ( неощутимые глазом мигания света могут совпасть с частотами механических колебаний тел, в результате искажается действитель
ное представление о движении тел, т. е. движущаяся деталь может показаться неподвиж
ной);
3. необходимость применения достаточно сложных и тяжелых пусковых устройств в связи с тем, что напряжение зажигания ламп превышает рабочее напряжение лампы, а иногда и напряжение сети;
4. наличие периода зажигания;
5. токсичность паров ртути, которые могут появиться при разрушении лампы.
Люминесцентные лампы тлеющего разряда применяются как сигнализационные. Они состоят из небольшой стеклянной цилиндрической колбы, покрытой люминофором. Внутри впаяны 2 близко расположенных электрода.
В зависимости от состава люминофора лампы доя желтый, зеленый, оранжевый и другие цвета (соответственно типа ТЛЖ, ТЛЗ и ТЛО ).
2.4. Люминесцентные лампы высокого давления.
Наиболее распространены ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная лам-
па).
Рис. 6.3. Дуговая ртутная 4-злект-родная лампа типа ДРЛ
Они состоят из стеклянной колбы 5, покрытой внутри люминофором, и заключен
ной в ней кварцевой трубки 3, заполненной аргоном при давлении 400 Па с добавкой рту
ти ( рис. 6.3).
В торцы кварцевой трубки впаяны активированные рабочие 4 и поджигающие 2 электроды, включенные через резисторы 1.
При включении лампы в сеть между рабочими и поджигающими электродами воз-
никает тлеющий разряд, ионизирующий аргон. При достаточной ионизации разряд пере-
брасывается в промежуток между рабочими электродами, после чего начинается процесс испарения ртути и повышения давления внутри трубки до 500-10 000 Па.
Возникший дуговой разряд сопровождается интенсивным излучением ультрафио-
летовых лучей. Люминофор преобразует невидимое ультрафиолетовое излучение в свет.
Схема включения лампы ДРЛ состоит из дросселя L, ограничивающего ток лампы и стабилизирующего режим горения, конденсатора C, подавляющего радиопомехи.
Период разгорания лампы составляет 3-10 мин.
Световой поток и процесс зажигания лампы не зависят от температуры окружаю-
щей среды, так как большая колба заполнена углекислым газом, являющимся теплоизоли
рующей оболочкой.
Достоинством ламп ДРЛ является сочетание малых габаритных размеров с боль
шим световым потоком (10-46 клм при мощностях ламп 250-1000 Вт).
К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести наличие периода разгорания. После пога
сания повторное включение возможно только через 5-10 мин после охлаждения лампы.
Двухэлектродные лампы ДРЛ не имеют зажигающих электродов, и их схема вклю-
чения усложнена трансформатором, разрядником и другими элементами.
Существуют дуговые ксеноновые, криптоновые, натриевые и металлогалогенные лампы, отличающиеся различными цветовыми оттенками.
2.5. Схемы включения люминесцентных ламп
Для включения люминесцентных ламп в сеть используют пускорегулирующие ап-
параты разных видов.
В общем случае в состав пускорегулирующего аппарата ЛЛ входят дроссели, стар-
теры, конденсаторы и резисторы.
Рис. 17.4. Схемы включения люминисцентных ламп:
а стартер; б и в соответственно стартерная и автотрансформаторная схемы
включения; г схема включения 2-лампового светильника; д резонансная схема подключения
Стартер (рис. 17..4, а ) служит для замыкания (размыкания) цепи пуска ЛЛ. Его изготовляют в виде стеклянной колбы 2, в которую впаяны два стальных электрода 4. К одному из электродов приварена биметаллическая пластина 3.
Для подключения стартера на изоляторе 5 смонтированы алюминиевые или латун-
ые штыри 6. В отверстия штырей заведены концы электродов, и затем штыри в месте соединения спрессованы.
Рядом с колбой стартера размещен конденсатор 1. Все устройство закрыто алюми
ниевым футляром с изоляционной прокладкой.
Простейшая схема подключения ЛЛ показана на рис. 17.4, б.
В исходном состоянии сопротивления стартера VK и лампы EL очень большие. При подаче питания в стартере появляется тлеющий разряд между его электродами
и сопротивление стартера уменьшается. Через обмотки двухкатушечного дросселя L, элек
троды лампы и область тлеющего разряда стартера протекает ток прогрева электродов.
Тлеющий разряд вызывает изгиб биметаллической пластины стартера, и она замы
кается с электродом. Теперь сопротивление стартера близко к нулю, поэтому через элект
роды лампы протекает ток, прогревающий их до температуры 800-900º С.
При этом благодаря термоэмиссии внутри лампы появляется достаточное число электронов. Из-за отсутствия тлеющего разряда электроды стартера остывают и размыка
ются.
Разрыв цепи вызывает всплеск ЭДС самоиндукции на дросселе, создающей на элек
тродах лампы импульс высокого напряжения, под действием которого происходит иониза
ция аргона и паров ртути -дампа зажигается.
Теперь сопротивление ЛЛ мало, но ток лампы и напряжение на ней ограничены со
противлением последовательно включенных обмоток дросселя. Стартер оказывается под пониженным напряжением и повторно не срабатывает.
Использование дросселя приводит к снижению коэффициента мощности соsφ.Для его повышения в схему включается конденсатор С2, который при выключении лампы раз
ряжается через резистор R.
Конденсаторы С1 и СЗ служат для уменьшения радиопомех, создаваемых старте-
ром.
Наличие стартера - контактного устройства - снижает надежность работы ЛЛ.
Схема бесстартерного пускорегулирующего аппарата (рис. 17.4, в) собрана на автотрансформаторе TV и дросселе L.
Пока лампа не зажглась, через дроссель течет небольшой ток, обусловленный доста
точно высоким сопротивлением обмотки w. На дросселе существует небольшое падение напряжения, поэтому к обмотке w трансформатора приложено почти все напряжение сети, которое обеспечивает повышенное напряжение в обмотках wи w.
В результате создаются условия для прогрева электродов и возникновения эмиссии. Лампа зажигается, и ее сопротивление уменьшается.
Теперь через дроссель течет ток лампы. На дросселе увеличивается падение напряжения, а напряжение на обмотках автотрансформатора уменьшается. В данной схеме дрос
сель не используется в процессе зажигания ЛЛ, но выполняет свою вторую роль ограни-
чивает напряжение на ЛЛ после зажигания.
По сравнению с 1-ламповыми светильниками 2- ламповые (рис. 17.4, г) более ком
пактны. Лампа ЕL2 включена через конденсатор С2, поэтому вектор ее тока опережает вектор тока лампы Е1. При этом невидимые мигания ламп возникают несинхронно. Стро
боскопический эффект можно уменьшить, подключая светильники данного помещения в разные фазы 3-фазной сети.
Люминесцентные лампы по сравнению с ЛН более экономичны, но в пускорегули-
рующих аппаратах этих ламп расходуется около 30 % электроэнергии, подводимой из се-
ти.
Наиболее простой и рациональной, с точки зрения минимальных массы и потерь, является резонансная схема подключения (рис. 17.4, д), которая используется в сетях с ча-
стотой 400 Гц. С помощью резонансного эффекта, создаваемого цепью L - C1, С2, в пуско
вой период на лампе возникает напряжение, в 1,5 - 2,3 раза большее напряжения сети.
После зажигания лампы резонанс нарушается включением сопротивления лампы.
Бесстартерные схемы все же имеют дополнительные потери, обусловленные нали-
чием небольшого тока накала даже после зажигания лампы, но этот недостаток компенси-
руется высокой надежностью бесстартерных схем и увеличением срока службы ЛЛ (при-
мерно на 50 %).
2.6. Светильники и прожекторы
Для рационального распределения светового потока применяют осветительные приборы, которые разделяют на 2 группы:
1. приборы ближнего действия светильники;
2. приборы дальнего действия - прожекторы.
В состав осветительного прибора входят источник света и светильник (арматура).
2.7. Судовые светильники
Обычно светильник состоит из корпуса, отражателя, рассеивателя или защитного стекла, ламподержателей, пускорегулирующей аппаратуры (для ЛЛ), колодки выводов, устройства уплотнения ввода кабеля (для наружных и взрывозащищенных светильников) и деталей крепления.
Светильники классифицируют так:
1. по назначению: общего, местного освещения и специальные;
2. принципу установки: подволочные, переборочные, переносные (настольные, на
польные и подвесные);
3. виду источника света: с ЛН и с газоразрядными лампами;
4. габаритным размерам: светильники нормальных размеров и малогабаритные (с малогабаритными лампами);
5. исполнению: защитные (без уплотнения), водозащищенные (защищенность про-
тив обливания водой), герметичные (рассчитаны на определенное давление воды или газа), взрывозащищенные (взрыв газа внутри светильника должен исключать взрыв взрывоопасной среды в помещении).
Защита светильников от влияния агрессивной внешней среды, ударных и вибраци
онных нагрузок, качки судна достигается их специальным конструктивным исполнением, применением антикоррозионных покрытий и материалов, использованием термостойких прокладок и стекол, установкой на амортизаторах и креплением во время качки настоль-
ных и других переносных светильников.
Специальная технология изготовления светильников обеспечивает их защиту при использовании в условиях тропического климата.
Перераспределение светового потока в светильнике связано с потерями на поглоще
ние энергии в отражателе, рассеивателе и других частях светильника.
В результате световой поток светильника оказывается меньше, чем световой поток лампы. Отношение этих потоков определяет КПД светильника. У лучших светильников КПД составляет 0,7-0,85.
На судах наиболее распространены следующие светильники:
1. подпалубный типа 328 (рис. 17.5, а, б) водозащищенного исполнения под лампу нормального размера мощностью 60 Вт, имеющий амортизатор А и различные защитные устройства;
2. подпалубный типа 56 (рис. 17.5, в) водозащищенного исполнения под миниатюр
ную лампу напряжением 12-24 В и мощностью 25 Вт (используется как светильник мало-
го аварийного освещения);
пами мощностью по 60 Вт и напряжением 127, 220 В;
4. переносной (рис. 17.5, д) водозащищенного исполнения с миниатюрной лампой напряжением 6,12, 24 В и мощностью 25 Вт;
5. настольный типа 855 (рис. 17.5 е);
6. штурманский типа СС-350 (рис. 17.5, ж) с лампой нормального размера мощно
стью 60 Вт;
7. салинговый (рис. 17.5 з) водозащищенного исполнения, снабжающийся мощны-
ми лампами накаливания или лампами ДРЛ и служащий для освещения больших откры-
тых пространств (например, мест выполнения грузовых операций);
8. аварийный аккумуляторный типа 621М (рис. 17.5, и).
Рис. 17.5. Судовые светильники:
а, б, в - подпалубные; г - плафон каютный; д - переносной; е - настольный; ж - штурманский; з -салинговый; и - аккумуляторный; к - схема подключения аккумуляторного светильника аварийного освещения
В схеме подключения (рис. 17.5, к) аккумуляторного светильника аварийного осве-
щения при наличии напряжения 220 В от основной или аварийной электростанции реле КУ включено, через его замкнутые контакты протекает ток заряда щелочной батареи GВ. В это время помещение освещается другим светильником.
Когда не работают основные и аварийные генераторы, реле КУ, отпуская якорь, сво
ими контактами переключает батарею GВ на лампу Е1 напряжением 3,75 В.
Понижающий трансформатор ТУ, диоды и батарея размещены в корпусе светильни
ка.
На судах применяют также светильники медицинские, надкоечные, подсвечивания, светильники-указатели и др.
На каждый светильник имеются кривые светораспределения (см. рис. 17.1), по кото
рым можно определить силу света в любом направлении, и кривые пространственных изолюкс (см. рис. 17.7, б).
По этим кривым в зависимости от высоты подвешивания светильника можно опре
делить освещенность в заданной точке освещаемой поверхности. Кривые светораспределе
ния и пространственных изолюкс вычерчены с расчетом установки в светильнике услов-
ной лампы, создающей световой поток 1000 лм.
Светильники с ЛЛ по сравнению со светильниками ЛН имеют более сложную кон-
струкцию, так как в них размещена пускорегулирующая аппаратура. Яркость ЛЛ выше до-
пустимой, поэтому светильники снабжают рассеивателями (колпаками) из молочного или опалового органического стекла или устанавливают светорассеивающие решетки.
В светильниках водозащищенного исполнения ЛЛ размещены в трубках из полу-
прозрачного органического стекла. В светильниках устанавливают трубчатые ЛЛ типов ЛБ15, ЛБ40 (15 и 40 Вт). Светильники могут быть 1, 2, 3 и 4-ламповыми (светильник типа 754 является 6-ламповым). Светильники с ЛЛ подразделяют на подпалубные, щитовые, прикроватные, угловые и прикарнизные.
2.8. Судовые прожекторы
Осветительный прибор дальнего действия, в котором световой поток источника света концентрируется при помощи оптического устройства в направленный пучок света, называют прожектором.
Обычно угол рассеяния у сигнальных прожекторов составляет 3-9º (при этом дости
гается максимальная сила света). На сигнальный прожектор можно установить линзовый рассеиватель, увеличивающий угол рассеяния до 35-40º (при этом освещаемая площадь увеличивается, а сила света уменьшается).
Прожекторы используют для освещения далеко расположенных объектов или близ
лежащих пространств, также их можно применять в качестве сигнальных.
Прожекторные лампы накаливания имеют большую мощность ( 500-5000 Вт) и ра-
ботают в напряженном тепловом режиме, поэтому их срок службы обычно всего 30-150 ч (редко 400 ч).
Рис. 17.6. Прожекторы морские: а - сигнальный типа МСПЛ-Л45/2;
б - сигнальный типа К-35-2; в - осветительный типа ПЗС-45М
Морской сигнальный прожектор МСПЛ-л45/2 (рис. 17, а) состоит из тумбы 3 и кор
пуса 2, который с помощью опор покоится на лире 4. Корпус защищен стеклом 1 (с задней стороны крышкой). Вместе с лирой прожектор может поворачиваться относительно верти
кальной оси, а на опорах лиры поворачивается относительно горизонтальной оси.
Прожектор фиксируют в нужном положении с помощью зажимов 5 и 9. Рукоятка 6 позволяет управлять решеткой 8 с поворотными жалюзи, которые позволяют быстро пере-
крывать свет для подачи сигналов азбуки Морзе. Визирное устройство 7 позволяет ориен-
тировать прожектор на нужный объект. Выключатель 10 коммутирует прожекторную лам
пу мощностью 1000 Вт. Сверху корпуса 2 имеется кожух с вырезом для выхода нагретого воздуха. При освещении рабочих мест стекло 1 заменяют линзовым рассеивателем.
Морской сигнальный прожектор К-35-2 ( рис. 17, б) крепят к фундаменту с помо-
щью фланца 6. Он также имеет поворотные жалюзи, управляемые рукояткой 1.
Положение прожектора фиксируется зажимами 2 и 3. Прожектор рассчитан на лам
пы мощностью 220 Вт (при напряжении 24 В) и 300 Вт ( 110 и 127 В), его габаритные раз-
меры (535x570x510) меньше габаритных размеров прожектора МСШ1-л45/2 (1630x680x
х550).
Прожекторы заливающего света ПЗС-45М и ПЗС-35М (рис. 17, в) с диаметрами отражателей соответственно 450 и 350 мм не имеют фокусирующих устройств и жалюзи.
Их устройство гораздо проще: цилиндрический корпус, металлический отражатель, защитное стекло и элементарное поворотное устройство. Прожекторы ПЗС с лампами на-
каливания мощностью 1000 и 500 Вт применяют для освещения рабочих мест (например, при погрузке).
Прожектор "Суэцкий" устанавливают в носовой части судна и включают при прохо
де Суэцкого канала. В прожекторе установлены 2 лампы мощностью по 2000 Вт (рабочая и резервная) напряжением 127 или 220 В.
Стеклянный параболический отражатель диаметром 600 мм состоит из двух поло-
вин, каждая из которых может поворачиваться относительно вертикальной оси. Можно получить 1 пучок света или 2 с темным промежутком до 15º для одновременного ориенти-
рования относительно двух берегов сравнительно узкого канала.
В светильники следует устанавливать только штатные исправные лампы. Светиль-
ники должны быть полностью укомплектованы стеклами, защитными сетками и т. д.
Переносные светильники и взрывобезопасные аккумуляторные светильники прове-
ряют не реже 1 раза в месяц, а также перед каждым использованием. При выполнении ра-
бот в сырых и закрытых помещениях и пространствах (внутри цистерн, котлов, в льялах и т. д.) применяют переносные светильники напряжением не выше 12 В.
Не реже 1 раза в 3 мес светильники очищают и заменяют неисправные детали, а 1 раз в год выполняют обслуживание светильников с частичной разборкой и измерением сопротивления изоляции.
Прожекторы во время бездействия должны быть зачехлены. Во время их осмотров проверяют плавность хода жалюзи, устраняют заедания в устройствах поворота. Отража-
тели и защитные стекла очищают мягкими кистями или ветошью. Хромированные отра-
жатели протирают салфеткой с меловой пудрой. Отражатели с серебряным покрытием нужно очищать осторожно, так как они покрыты тонким слоем бесцветного лака.
3. Расчет электрического освещения
3.1. Методы расчета электрического освещения
Правила Регистра регламентируют нормы освещенности судовых помещений и па-
луб. Для выполнения этих норм необходимо провести расчеты соответствующего количе-
ства светильников общего или местного освещения с определенной мощностью источника света.
Различают 3 метода расчетов электрического освещения:
1. метод удельной мощности;
2. метод коэффициента использования светового потока;
3. точечный метод.
Наиболее простым и быстрым является первый метод. Он основан на использова-
нии таблицы «Нормы освещенности жилых и служебных помещений» в Правилах Регист
ра и доступен лицам с невысоким уровнем знания судового электрооборудования.
3.2. Метод удельной мощности.
Этот метод позволяет простейшим способом определить ориентировочную суммар
ную мощность источников света для данного помещения и затем выбрать нужное количество светильников. Потребляемая осветительной установкой общая мощность (Вт)
Р = рS,
где Р удельная мощность, Вт/м2 (выбирают по таблицам Правил Регистра в зави
симости от характеристик помещения и светильника, при заданном значении освещенно-
сти Е );
S площадь помещения, м2.
Необходимое для установки количество светильников
N = Р/ ( nр),
где n число ламп в светильнике; р- мощность одной лампы.
4. Световая сигнализация
4.1. Основные сведения
Для обеспечения безаварийного и безопасного судовождения все суда снабжают навигационными огнями, предусмотренными Международными правилами предупрежде-
ния столкновений судов в море ( ППСС и Правилами Регистра ).
Все суда разделяют на группы, и для каждой группы устанавливают количество на
вигационных огней, их цветность, дальность действия, направление и значение углов свечения, а также расположение их на судне (рис. 17.8).
Расположение навигационных огней на судне в темное время суток дает возмож-
ность наблюдателю установить направление движения судна.
При стоянке судна на якоре в темное время зажигают 2 белых огня кругового дейст
вия на корме и баке. На судах, потерявших управление, зажигают 2 красных круговых огня, расположенных по вертикальной линии в наиболее видном месте судна.
Если такое судно имеет ход, то дополнительно к этим огням зажигают бортовые и кормовой огни. Различные навигационные огни зажигают на судах при буксировке, лове рыбы, производстве дноуглубительных работ и т. п.
Рис. 17.8. Расположение навигационных огнй, зажигаемых во время хода на
судне с механическим двигателем длиной более 50 м:
1, 2 топовые белые; 3,4 отличительные соответственно правого( зеленый )
и левого ( красный ) бортов; 5 кормовой ( гакобортный ) белый
Навигационные (отличительные) огни выполняют в виде фонарей (светильников) специальной конструкции.
Конструкция, оптическое устройство и мощность лампы фонаря должны обеспечи-
вать выполнение предъявляемых к нему требований по дальности, цветности и направле-
нию свечения.
Фонари имеют водозащищенное исполнение, надежно закреплены на штатных ме-
стах. Необходимо предусмотреть возможность быстрой замены фонаря запасным. В фона-
рях применяются меры, исключающие.самоотвинчивание ламп.
Кроме навигационных огней, для сигнализации используют прожекторы и сигналь-
ные проблесковые огни, которые обычно включают через ключ Морзе.
Для управления сигнально-отличительными фонарями в рулевой рубке устанавли-
вают коммутаторы или пульты. Они получают питание по двум фидерам. Переключатель питания установлен на коммутаторе.
4.2. Коммутаторы сигнально-отличительных фонерей
Коммутаторы сигнально-отличительных фонарей работают по следующему прин-
ципу: при погасании фонаря вырабатывается звуковой и визуальный сигнал, позволяющий определить неисправный фонарь.
Отечественной промышленностью выпускаются унифицированные релейные ком-
мутаторы на 3,5,7 и 10 огней напряжениями 24, 110, 127 и 220 В. В то же время на судах применяются нестандартные релейные и бесконтактные коммутаторы и пульты управле-
ния фонарями.
4.3. Контактный коммутатор сигнально-отличительных фонерей
Рис. 17.9. Схема подключения отличительного фонаря через контактный коммутатор
Принцип включения лампы одного отличительного фонаря (рис. 17.9) состоит в сле
дующем. При включении фонаря выключателем SА загорается лампа HL, расположенная в фонаре, и одновременно включается сигнальное реле КА. Его разомкнувшийся контакт обрывает цепь питания электрического звонка НА.
Одновременно якорем реле КА поворачивается сигнальное устройство и против смотрового окна устанавливается сигнализационный бленкер. При перегорании лампы HL реле КА теряет питание, его замкнувшийся контакт замыкает цепь питания звонка.
При этом поворачивается визуальное устройство, уводя из смотрового окна блен-
кер. Установив, какой фонарь погас, его выключают выключателем SА, прерывая цепь пи
тания звонка.
Каждый фонарь включается в коммутаторе по рассмотренной схеме, звонок являеn-
ся общим и включается при потухании любого фонаря.
4.4. Бесконтактный коммутатор сигнально-отличительных фонерей
В схемах коммутаторов типа КСКП (рис. 17.10) переменного тока использован ме-
тод параллельного подключения цепей контроля исправности фонаря.
Рис. 17.10. Схема подключения фонаря через бесконтактный коммутатор типа КСКП-Б2-3
На рисунке представлена схема подключения лампы НL одного из фонарей с помо
щью датчика тока ДТ-127. Дополнительное устройство ДУ-127 является общим для датчи
ков тока всех фонарей, коммутируемых в рассматриваемом устройстве.
На коммутатор подается напряжение 127 (220) В по одному из фидеров, проложенных по разным бортам судна. Надежность работы фонарей достигается путем установки в них ламп с двумя нитями накала или двух ламп, а также использования двух фонарей.
Для включения первой нити накала лампы НL переключатель SА переводится в положение 1.
При этом образуется цепь тока через верхнюю нить лампы HL:
предохранитель FU1-- сглаживающий дроссель L1- параллельно включенные резисторы R1-R4 - резисторы R17, R18 предохранитель FU5 верхняя нить лампы HL
предохранитель FU3 - контакты переключателя SА -выключатель контроля SАЗ - дроссель L2 - предохранитель FU2.
Лампа HL загорается.
В полупериод напряжения питания, при котором на верхнем левом выводе схемы
положительный потенциал ( т.е. плюс ), а на верхнем правом отрицательный ( т.е. ми-
нус ), ток в указанной цепи создает на резисторах R1-R4 падение напряжения с мгновен-
ной полярностью, соответствующей подаче на эмиттер транзистора VТ1 положительного потенциала. Транзистор VT1 открывается, и через него и светодиод HL1 протекает ток, светодиод загорается..
В другой полупериод напряжения питания полярность напряжения на резисторах R1-R4 изменяется на обратную, поэтому транзистор VT1 закрывается, ток через светодиод не протекает. Но при частоте 50 Гц глаз человека не замечает миганий светодиода HL1 .
Открытый VT1 шунтирует резистор R7, на нем не возникает падения напряжения, поэтому VТ2 закрыт, реле КV и звонок НА не включены.
При перегорании нити на R1-R4 падение напряжения исчезает, VT1 закрывается, светодиод гаснет. Теперь на R7 возникает падение напряжения. Пробивается стабилитрон VD4, открывается VТ2, включаются реле КV и звонок НА.
Услышав звонок и по погасшему светодиоду определив фонарь, в котором погасла лампа, вахтенный помощник переводит переключатель SА переводят в положение 2, т. е. включает вторую нить накала ( вторую лампу), свечение светодиода будет сигнализиро-
вать о включении фонаря.
На реле КV через диод VD7 подается 1-полупериодное напряжение, во второй полу
период через реле разряжается конденсатор С2.
Стабилитроны VD1, VD5 стабилизируют напряжения управления транзисторов, стабилитрон VD6 - коллекторное напряжение транзистора VТ2 и напряжение реле КV.
Переключателем SA1можно регулировать яркость свечения фонаря: в положении
0 наибольшая яркость, в положении 1 последовательно с нитью HL вводится резистор
R17, а в положении 2 введены R17, R18, поэтому яркость понижается.
Для проверки исправности коммутатора выключатель SАЗ ("Контроль") выключа-
ют, имитируя обрыв нити. По потуханию светодиода и работе звонка убеждаются в исправной работе коммутатора.
При снятых перемычках Х1, Х2, Х3 коммутатор можно включать в сеть 220 В.
В коммутаторах имеются выводы для подключения мегаомметра при контроле со-
противления изоляции. Фонари находятся снаружи корпуса судна и постоянно подверга-
ются воздействию влаги, что снижает сопротивление изоляции самих фонарей и линий подвода питания к ним.
Техническое обслуживание фонарей и коммутатора рекомендуется проводить без их разборки не реже 1 раза в 3 мес. При этом все детали проверяют, очищают, поджимают контактные и крепежные соединения, измеряют сопротивление изоляции. Затем проверя-
ют работу коммутатора и всех фонарей.
Включает сигнально-отличительные фонари вахтенный помощник капитана перед
наступлением темноты ( загодя ).. На каждой вахте и перед каждым выходом в море необ
ходимо проверять их работу. Для обеспечения необходимой дальности видимости огней и надежной работы коммутатора в фонари следует устанавливать лампы только проектной мощности.
5. Электронагревательные приборы
5.1. Основные сведения
Электронагревательные приборы преобразуют электрическую энергию в тепловую. В зависимости от принципа действия, электронагревательные приборы делятся на
три вида:
1. приборы сопротивления, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло
вую на основании закона Джоуля-Ленца ( Q = I2Rt, Q количество тепла в проводнике, Дж; I сила тока в проводнике, А; R сопротивление проводника, Ом; t время протека-
ния тока через проводник );
2. индукционные, в которых энергия внешнего электромагнитного поля преобразу-
ется в тепловую;
3. радиационные, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, а тепловая затем преобразуется в инфракрасное излучение.
Все эти приборы имеют довольно высокий КПД (более 83%).
5.2. Приборы сопротивления.
Простейшими электронагревательными приборами являются открытые электропли
ты, утюги, паяльники и т.п.
Электроплиты, утюги и паяльники.
Приборы этого типа выполняют открытыми. Их спирали из нихромовой или фехра
левой проволоки закрыты керамическими бусами или уложены в пазы керамики. Иногда проволоку наматывают на керамические или покрытые миканитом каркасы.. Они имеют небольшой срок службы (около 1000 ч).
Трубчатые электронагреватели
Большую часть электрических нагревательных устройств изготовляют на базе гер-
метичных трубчатых электронагревателей ( типа ТЭН).
Рис. 17.11. Герметичные трубчатые электронагреватели:
а - конструкция; б, в, г - для работы соответственно в воздушной, масляной и водяной средах; д - блочный
В медной, латунной или стальной нержавеющей трубке 5 (рис. 17.11), заполненной кварцевым песком или порошком оксида магния 4 и закрытой с торцов изоляционными керамическими втулками 1, посаженными на герметике 2, расположена нагревательная спираль 3 из нихрома или фехраля. Спираль соединяют с внешней цепью с помощью шпи
лек 6 и гаек 7. Мощность трубчатых электронагревателей 250-3000 Вт, напряжение 24-380 В, срок службы 10 000 ч.
Электрические грелки отопления мощностью 250-3000 Вт представляют собой батарею ТЭН, закрепленную на общем основании и закрытую перфорированным метали
ческим кожухом. Электрогрелки устанавливают стационарно и изолируют от обшивки помещения тепловым экраном из негорючего материала. Коммутируют их переключателя
ми на корпусе грелки, с помощью которых можно регулировать режим.
Электрогрелки подключают к щитам электроотопления или освещения. При отклю
чении грелки отсоединяют все фазы напряжения питания.
Электрические калориферы выполняют в виде цилиндрического корпуса с флан-
цами, внутри которого установлены ТЭН. Калориферы монтируют в каналах судовой вен-
тиляции или вместе с подсоединенными к ним вентиляторами, т. е. образуют переносной блок, используемый для прогрева и сушки. Мощность калориферов составляет 2,1-7,5 кВт
при подаче работающих с ними вентиляторов 100-600 м/ ч. Входящий в калорифер воз-
дух перегревается на 37±10°С.
Водонагреватели, обеспечивающие подогрев питьевой и мытьевой воды до темпе-
ратуры 35-70 °С, могут быть приборами непрерывного и периодического действий. Их из-
готовляют в виде баков с ТЭН мощностью 0,8 -3 кВт и соответствующей водяной армату-
рой
Кипятильники мощностью 4-33 кВт могут быть приборами непрерывного или периодического действия. Некоторые из них снабжают устройствами автоматического управления.
Маслонагреватели предназначены для подогрева масла и топлива, имеющих тем
пературу вспышки паров не ниже 60 "С. Маслонагреватели в виде баков с ТЭН выполня-
ют мощностью 0,35-3 кВт на напряжение 24-380 В.
Камбузными электроприборами являются электроплиты, хлебопекарные печи, котлы для приготовления пищи и др. Плиты могут иметь 2-6 конфорок и духовки. С помо
щью пакетных переключателей можно переключать установленные в них ТЭН, регулируя мощность конфорок и духовок. Мощность камбузных электроплит составляет 5,4-22,7 кВт. На них можно готовить пищу на 15-300 чел.
К бытовым электронагревательным приборам относят гладильные машины, су
шильные барабаны, переносные кипятильники, утюги и др.
Электрические паяльники, тигли и вулканизаторы применяют для ремонта и монтажа электрооборудования. В тиглях расплавляют припои, в которых методом погру-
жения проводят лужение электроконтактных устройств. В паяльниках и тиглях нагрева-
тельные элементы изготовлены из нихромовой проволоки, наложенной на миканит или асбоцементный цилиндр. Мощность тиглей 150-300 Вт, вместимость 25-75 см3. Электри-
ческий вулканизатор служит для ремонта оболочек кабеля. Вулканизаторы мощностью до 1,0 кВт состоят из двух шарнирно соединенных полуцилиндрических форм, в которые вмонтированы ТЭН. Формы собирают в полый цилиндр, охватывающий ремонтируемый кабель.
5.3. Индукционные нагревательные устройства
Индукционные нагревательные устройства выделяют теплоту при действии ви-
хревых токов, наводимых электромагнитным полем высокой частоты. Например, индук-
тор высокой частоты наводит вихревые токи в специальном сосуде для приготовления пи-
щи, в результате выделяемая теплота обеспечивает быстрое и качественное приготовление пищи с сохранением питательных свойств продуктов ( микроволновая печь ).В береговых условиях индукционный метод нагрева используется для термической обработки метал-
лов, сушки волокнистых материалов и других технологических и медицинских целей.
5.4. Радиационные нагревательные устройства.
Простейшим устройством этого типа является зеркальная лампа инфракрасного излучения с пониженной температурой нити накала и повышенным сроком службы (не менее 5000 ч). Лампа обеспечивает глубокий прогрев крупных устройств, поэтому ее рационально использовать при сушке электрических машин.
6. Техническая эксплуатация осветительных и электронагревательных приборов
6.1. Общие требования Правил Регистра к электрическому освещению
Во всех судовых помещениях, местах и пространствах, освещение которых являет-
ся важным для обеспечения безопасности плавания, управления механизмами и устройст-
вами, обитаемости и эвакуации пассажиров и экипажа, должны быть установлены стацио-
нарные светильники основного освещения, которые получают питание от основного источника электрической энергии.
Светильники, установленные в помещениях и пространствах, где возможно механи
ческое повреждение колпаков, должны быть снабжены защитными сетками.
Установка светильников должна выполняться таким образом, чтобы исключался нагрев кабелей и близлежащих материалов до температуры, превышающей допустимую.
В помещениях и местах, которые освещаются люминесцентными лампами и в кото
рых находятся видимые вращающиеся части механизмов, должны быть приняты меры для устранения стробоскопического эффекта.
Светильники наружного освещения должны быть установлены таким образом, что
бы не создавалось световых помех судовождению.
Аккумуляторные и другие взрывоопасные помещения должны освещаться светиль-
никами из смежных безопасных помещений через газонепроницаемые застекленные отвер
стия или светильниками взрывозащищенного исполнения, установленными внутри поме-
щений.
6.2. Требования Правил Регистра к питанию цепей основного освещения
Распределительные щиты основного освещения должны получать питание по от-
дельным фидерам. От щитов основного освещения допускается осуществлять питание электрических приводов неответственного назначения мощностью до 0,25 кВт и отдель-
ных каютных электрических грелок с номинальным током до 10 А.
Защитные устройства конечных ответвленных цепей освещения должны рассчиты
ваться на номинальный ток не более 16 А, суммарный ток нагрузки подключенных потре
бителей не должен превышать 80% номинального тока защитного устройства.
Каютные вентиляторы и прочие мелкие потребители допускается питать от конеч-
ных цепей освещения.
Освещение коридоров, машинных помещений, туннелей водопроводов должно по-
лучать питание не менее чем по двум независимым фидерам с таким расположением све-
тильников, чтобы даже в случае выхода из строя одного из фидеров обеспечивалась, воз
можно, большая равномерность освещения.
Эти фидеры должны получать питание от разных групповых щитов, которые в слу
чае применения секционированных шин освещения в главном распределительном щите должны получать питание от разных секций шин.
Для грузовых судов с электрической установкой малой мощности допускается пита
ние освещения указанных помещений, за исключением машинных, осуществлять по одно-
му фидеру от группового щита или непосредственно от главного распределительного щита.
Светильники местного освещения в жилых помещениях, а также штепсельные ро-
зетки должны получать питание от щита освещения по отдельному фидеру, другому, чем фидер питания светильников общего освещения.
Если судно разделяется на главные противопожарные зоны, освещение каждой зо-
ны должно получать питание по двум фидерам, независимым от фидеров, питающих осве
щение других противопожарных зон.
Фидеры освещения по возможности должны быть проложены таким образом, что-
бы пожар в одной зоне не повредил фидеров, питающих освещение в других зонах.
В случае применения секционированных шин освещения в главном распределитель
ном щите такие фидеры должны получать питание от разных секций шин.
Основное освещение должно быть выполнено таким образом, чтобы при пожаре
или в другом аварийном случае в помещениях, в которых расположены основные источни
ки энергии и/или трансформаторы основного освещения, если они имеются, система ава-
рийного освещения не выходила из строя.
Стационарные светильники освещения трюмов должны получать питание от специ
ального распределительного щита. На этом щите, кроме коммутационной и защитной ап-
паратуры, должна быть предусмотрена световая сигнализация контроля отдельных цепей освещения.
Для судов с установкой малой мощности допускается питание светильников осве-
щения трюмов от распределительного шита, расположенного в рулевой рубке; при этом требуется световая сигнализация о наличии напряжения в цепи питания светильников освещения трюмов.
6.3. Требования Правил Регистра к аварийному освещению
Освещение должно быть таким, чтобы можно было легко заметить дорогу выхода к
местам эвакуации (или обеспечить освещенность 0,5 лк).
Для получения требуемой освещенности светильники аварийного освещения с лампами накаливания могут комбинироваться с люминесцентными лампами.
Светильники основного освещения допускается использовать в качестве светильни
ков аварийного освещения, если они могут получать питание также и от аварийных источ
ников энергии.
Сеть аварийного освещения должна быть выполнена таким образом, чтобы при по
жаре или в других аварийных случаях в помещениях, в которых расположены аварийные источники электрической энергии и/или трансформаторы аварийного освещения, система основного освещения не выходила из строя.
Для аварийного освещения могут применяться стационарные светильники со встро
енными аккумуляторами и с автоматической подзарядкой их от сети основного освещения с релейным переключателем.
Каждый светильник аварийного освещения и патрон комбинированных ламп дол.-
жен быть обозначен красным цветом.
6.4. Требования Правил Регистра к сигнально-отличительным фонарям
От щита сигнально-отличительных фонарей должны получать питание по отдель-
ным фидерам фонари топовые, бортовые и кормовой, а на судах буксирных, толкающих, рыболовных, лоцманских, ограниченных в возможности маневрировать и судах на воздуш
ной подушке - также стационарно установленные фонари.
Щит сигнально-отличительных фонарей должен получать питание по двум фиде-
рам:
.1. по одному фидеру от главного распределительного щита через аварийный рас-
пределительный щит;
.2. по второму фидеру от ближайшего группового щита, который не получает пита
ния от аварийного распределительного щита.
Допускается устанавливать приборы управления сигнально-отличительными фона
рями в пульте, расположенном в рулевой рубке.
Для судов, на которых основным источником электрической энергии является акку
муляторная батарея и на которых главный распределительный щит установлен в рулевой рубке, управление сигнально-отличительными фонарями допускается производить непосредственно с главного распределительного щита.
Сигнально-отличительные фонари должны быть присоединены к сети питания гибким кабелем со штепсельным разъемом.
Цепи питания сигнально-отличительных фонарей должны быть выполнены по двух
проводной системе, и в каждой цепи должен быть предусмотрен двухполюсный выключатель, установленный на распределительном щите сигнально-отличительных фонарей.
Каждая цепь питания сигнально- отличительных фонарей должна иметь защиту в
обоих проводах и визуальную сигнализацию о действии сигнально-отличительного фона-
ря.
Визуальный указатель должен быть выполнен и установлен так, чтобы его повреж-
дение не вызывало выключения сигнально-отличительного фонаря.
Падение напряжения на распределительном щите, питающем сигнально-отличи-
тельные фонари, включая и систему сигнализации действия фонарей, не должно превы-
шать 5% при номинальном напряжении до 30 В и 3% - при напряжении свыше 30 В.
Независимо от сигнализации должна быть предусмотрена акустическая сигнализа
ция,, действующая автоматически в случае выхода из строя любого сигнально-отличитель
ного фонаря при включенном выключателе.
Питание акустической сигнализации должно осуществляться:
.1. от другого источника или фидера, чем источник или фидер питания щита сиг-
нально-отличительных фонарей;
.2. либо от аккумуляторной батареи.
6.5. Правила технической эксплуатации судового электрического освещения
Сети электрического освещения всех назначений, включая сигнально-отличитель-
ные огни, должны быть полностью укомплектованы штатными источниками света, средст
вами защиты и выключателями.
Все средства общего и местного электрического освещения должны использоваться по мере надобности. Ответственными за экономное расходование электроэнергии на освещение являются члены экипажа, использующие средства освещения.
Контроль за правильным использованием электрического освещения и помещений осуществляется старшим электромехаником
Ртутно-дуговые и натриевые лампы следует включать заблаговременно, с учетом
времени, необходимого для их разогрева и зажигания, особенно при пониженной темпера-
туре окружающего воздуха. При повторном включении таких ламп сразу же после отклю-
чения рекомендуется дать им некоторое время на остывание.
На внутренней стороне групповых РЩ и коробок у предохранителей и выключате-
лей должны быть указаны места расположения светильников. На светильниках рекоменду
ется указывать проектную мощность ламп.
Светильники, соединительные коробки и групповые РЩ. аварийного и аварийного аккумуляторного освещения должны быть отмечены специальной отличительной отмет-
кой или окраской (рекомендуется желтый и красный цвета соответственно), если они кон
структивно не отличаются между собой и от арматуры нормального освещения.
Водозащищенные штепсельные розетки, выключатели, соединительные и группо--
вые коробки должны быть всегда плотно закрыты. После включения вилок в штепсель-
ные розетки гайки вилок должны быть завинчены до отказа, после чего могут быть вклю
чены выключатели.
Использование розеток, установленных на переходных мостиках и над открытыми палубами судов, перевозящих взрывоопасные грузы, разрешается с ведома старшего помощника. После использования розетки должны быть обесточены.
При грузовых операциях контроль за своевременным включением и выключением освещения трюмов и использованием трюмных люстр обеспечивается вторым помощни-
ком.
Лица вахтенной службы должны не реже одного раза за вахту осматривать светиль-
ники в грузовых помещениях и при обнаружении поврежденного светильника немедленно извещать старшего электромеханика. За техническое состояние сигнально-отличительных фонарей отвечает третий помощник.
Бездействующие прожекторы должны быть закрыты чехлами. Жалюзи прожектора должны свободно открываться и закрываться.
При использовании средств электрического освещения всех назначений запрещает-
ся:
.1. применение ламп большей мощности, чем это предусмотрено конструкцией све-
тильника, и ламп с напаянным цоколем;
.2. включение светильников без колпаков и сеток, если они входят в конструкцию светильника;
.3. снятие со светильников аварийного и аварийного аккумуляторного освещения ламп хотя бы на самое короткое время;
.4. включение стационарных взрывозащищенных светильников при неисправности труб или кабелей, идущих к ним, и с колпаками, имеющими трещины;
.5. пребывание в помещении с работающими источниками ультрафиолетового излу
чения (бактерицидными лампами и т. п.) свыше времени, допускаемого инструкциями по эксплуатации; .6. устройство иллюминации на наливных судах.
При выполнении работ в помещениях первой и второй категорий по степени опас-
ности, в помещениях, где хранятся взрывчатые и легковоспламеняющиеся веществами, где возможно образование взрывоопасных смесей (при окрасочных работах, в топливных танках и др.), переносное освещение должно осуществляться только аккумуляторными взрывозащищенными фонарями.
При использовании средств электрического освещения необходимо проверять ис-
правность:
.1. аварийного аккумуляторного освещения - не реже одного раза в неделю и перед
выходом в рейс; при этом все лампы должны гореть с полным накалом;
.2. средств дистанционного управления наружным освещением - не реже одного ра
за в неделю;
.3. переносных светильников - не реже одного раза в месяц и непосредственно пе-
ред использованием;
.4. аварийного освещения - не реже одного раза в 6 мес.
Лампы накаливания с темным налетом на колбе и люминесцентные лампы с потем
невшими концами трубки рекомендуется заменять до выхода их из строя.
При замене лампы в прожекторе следует выполнить фокусировку, где это преду-
смотрено конструкцией.
Перед установкой новых люминесцентных ламп, особенно находившихся на дли-
тельном хранении или подвергавшихся вибрации и ударам, рекомендуется предваритель-
но проверить их исправность в электромастерской.
Если люминесцентная лампа не зажигается, необходимо проверить исправности контактов лампы и светильника, проверить и заменить при необходимости стартер, а в бесстартерных схемах включения проверить исправность пускорегулирующего аппарата.
Если эти меры не дали результата, следует заменить лампу.
Примечание.
Люминесцентные лампы могут не зажигаться также при понижении напряжения питания и температуры окружающего воздуха, а в бесстартерных схемах при нарушении цепи токопроводящей полосы на трубке
При замене люминесцентной лампы рекомендуется заменить и ее стартер, так как
срок службы новой лампы резко сокращается
Признаками неисправности стартеров люминесцентных ламп являются слабое све-
чение на концах трубки, потемнение концов, периодические зажигания лампы.
Быстрое мерцание люминесцентной лампы может означать ее переход в однополу-
периодный (диодный) режим дугового разряда, сопровождающийся быстрым нагревом пускорегулирующего аппарата; такая лампа должна быть немедленно отключена и замене
на.
6.6. Общие требования Правил Регистра к электрическим нагревательным и отопительным приборам
Допускается применение электронагревательных устройств только стационарного типа. Питание электронагревательных устройств должно осуществляться от главного рас-
пределительного щита или групповых щитов, предназначенных для этой цели, а также от распределительных щитов освещения с учетом требований п. 6.2 «Питание цепей основ-
ного освещения».
Несущие части конструкции электронагревательных устройств, а также внутренние
поверхности кожухов должны изготовляться полностью из негорючих материалов.
Допускаемый ток утечки в нагретом состоянии должен быть не более 1 мА. на 1
кВт номинальной мощности для любого отдельно включаемого нагревательного элемента и не больше 10 мА для всего прибора.
Электронагревательные устройства должны быть такой конструкции, чтобы темпе
ратура их частей, которыми должен пользоваться персонал или с которыми возможно соприкосновение, не превышала значений, указанных в табл. 15.1.1.
Таблица 15.1.1.
Допустимые температуры отдельных частей электронагревательных устройств
№ п/п |
Части приборов |
Допускаемые температуры, ºС |
1 |
Рукоятки управления и другие части, которыми должны пользоваться в течение длительного времени:
|
55 65 |
2 |
То же, с которыми возможно кратковременное прикосновение:
2. другие |
60 70 |
3 |
Кожухи электрические отопительных приборов помещений при температуре окружающего воздуха 20ºС |
80 |
4 |
Воздух, выходящий из электрических отопительных приборов в обогреваемые помещения |
110 |
6.7. Требования Правил Регистра к отопительным приборам
Электрические отопительные приборы, предназначенные для помещений, должны
быть стационарными. Они должны быть оборудованы устройствами, отключающими пита
ние в случае недопустимого повышения температуры корпуса прибора.
Отопительные приборы должны быть установлены согласно следующих требова-
ний:
1. все грелки должны быть такой конструкции и размещены таким образом, чтобы от них не могли загореться оборудование, а также одежда или багаж лиц, находящихся в помещении;
2. грелки парового отопления и электрические должны устанавливаться на расстоя-
нии не менее 50 мм от бортов или переборок.
3. если борта или переборки обшиты горючим материалом, то участки, расположен
ные напротив нагревательных элементов, должны быть защищены тепловой изоляцией из негорючего материала. Если такая тепловая изоляция отсутствует, нагревательные элемен
ты должны отстоять от горючей обшивки не менее чем на 150 мм.
4. если на отопительных и нагревательных приборах не предусматриваются встро-
енные отключающие устройства, то такие устройства должны быть установлены в помеще
нии, где находятся эти приборы;
5. выключатели должны отключать питание на всех полюсах или фазах.
Конструкция кожухов электрических отопительных приборов должна исключать
возможность размещения на них каких-либо предметов.
Стационарные отопительные приборы на напряжение 380 В, допускаемые в соот-
ветствии с табл.4.2.1, должны иметь защитное исполнение, исключающее возможность доступа к частям под напряжением без применения специального инструмента. Кожухи должны быть снабжены надписями, указывающими напряжение.
Камбузные электрические нагревательные приборы должны изготовляться таким
образом, чтобы исключить возможность соприкосновения посуды с частями, находящи-
мися под напряжением, и чтобы утечка жидкостей не вызывала короткого замыкания или повреждения изоляции.
6.8. Требования Правил Регистра к нагревательным устройствам для топлива и масла
Подогрев топлива и масла с температурой вспышки выше 60° С допускается осуще
ствлять электрическими подогревателями при выполнении следующих требований:
вами регулировки температуры, световой сигнализацией о режимах работы, а также свето
вой и звуковой сигнализацией о неисправностях и повышении допустимой температуры;
ствами регулировки температуры нагреваемой среды, датчиками температуры поверхно-
сти нагревательных элементов, датчиками минимального уровня и средствами отключе-
ния питания нагревателей при превышении допустимого верхнего предела температуры и при уменьшении уровня ниже минимального.
3. подогреватели топлива и масла должны быть оборудованы устройствами регули-
ровки температуры нагреваемой среды.
Независимо от устройства регулировки температуры нагреваемой среды следует предусмотреть устройство отключения питающего напряжения с ручной разблокировкой при достижении температуры поверхности нагревательного элемента 220°С.
6.9. Техническое обслуживание электронагревательных приборов
Рекомендуется выполнять ТО без разборки не реже 1 раза в 3 мес. При этом вскры-
вают кожухи, проверяют состояние нагревателей, поджимают контактные соединения, проверяют изоляционные устройства, измеряют сопротивление изоляции (оно должно быть не менее 1 МОм). Все детали нагревательного устройства тщательно очищают.
Обслуживание электронагревательных приборов с частичной и полной разборкой проводят соответственно 1 раз в 6 мес и 1 раз в 2 года.
При каждом включении электронагревателя проверяют защитное заземление, отсут
ствие рядом горючих материалов. Над ТЭН при их включении должен быть уровень воды не менее 50 мм. Пользование любыми переносными электронагревательными устройства-
ми разрешено только в специально выделенных помещениях, где оборудована сигнализа-
ция и имеются соответствующие приспособления. Электронагреватели нельзя оставлять включенными без присмотра.
Контрольные вопросы
1. На какие виды, в зависимости от длины волны, делятся излучения лучистой энер
гии?
2. Что такое «световой поток», «сила света», «освещенность»? В каких единицах измеряются эти физические величины?
3. Как, по принципу действия, классифицируются источники света?
4. Как устроена лампа накаливания? Для чего лампы накаливания заполняют инерт
ным газом? Какова температура накала нити лампы накаливания ? Какие типы ламп нака-
ливания применяют на судах?
5. Каковы достоинства и недостатки ламп накаливания?
6. Объясните устройство и принцип действия люминисцентной лампы низкого дав-
ления, Что такое люминофор? Для чего он используется?
7. Каковы достоинства и недостатки люминисцентных ламп низкого давления?
8. Объясните устройство и принцип действия люминисцентных ламп тлеющего разряда. Где на судах они применяются?
9. Объясните устройство и принцип действия дуговой ртутной лампы типа ДРЛ
10. Каковы достоинства и недостатки ртутных ламп типа ДРЛ?
11. Что входит в состав пускорегулирующих аппаратов люминисцентных ламп?
12. Как устроен и работает стартер в схемах пуска люминисцентных ламп?
13. Объясните работу простейшей схемы подключения люминисцентной лампы
14. По каким признакам и как именно классифицируются судовые светильники?
15. Объясните устройство светильников: подпалубного, переносного, аккумулятор
ного. Как работает схема аварийного аккумуляторного светильника?
16. Объясните назначение и устройство прожекторов. Каковы мощность и срок службы прожекторных ламп?
17. Как устроен «Суэцкий» прожектор? Сколько ламп и какой мощности установле
ны в нем?
18. Как часто и как именно проверяют переносные и взрывобезопасные светильни-
ки?
19. Какие работы выполняют при обслуживании прожекторов?
20. Какие виды расчетов применяют при расчете освещенности судовых помеще-
ний и палуб?
вого потока?
длиной более 50 м? Каково назначение каждого огня? Каковы характеристики этих огней?
25. Какие устройства применяют для управления навигационными огнями? Как с их помощью определяется неисправный фонарь?
26. Объясните работу схемы подключения отличительного фонаря через контакт-
ный коммутатор
27. Объясните работу схемы подключения отличительного фонаря через бесконтак
тный коммутатор типа КСКП-Б2-3
28. На какие виды, в зависимости от принципа действия, делятся электронагрева-
тельные приборы?
29. Какие виды энергии преобразуются в иные в приборах сопротивления, индукци
онных и радиационных?
30. Дайте краткую характеристику электронагревательных приборов сопротивле-
ния
31. Объясните принцип действия индукционных электронагревательных приборов.
Приведите примеры использования этих приборов на судах и берегу
32. Объясните принцип действия радиационных электронагревательных приборов.
Приведите примеры использования этих приборов на судах и берегу
33. В чем заключается техническое обслуживание электронагревательных прибо-
ров? Для чего предназначено защитное заземление? Каково минимально допустимое зна-
чение сопротивления изоляции электронагревательных приборов?
34. Каковы общие требования Регистра к судовому электрическому освещению?
35. Каковы требования Регистра к питанию цепей электрического освещения?
36. Каковы требования Регистра к аварийному освещению?
37. Каковы требования Регистра к сигнально-отличительным огням?
38. В чем суть Правил технической эксплуатации электрического освещения?
38. Каковы общие требования Регистра к электрическим нагревательным и отопи-
тельным приборам?
39. Каковы требования Регистра к отопительным приборам?
40. Каковы требования Регистра к нагревательным устройствам для подогрева топ-
лива и масла?
РАЗДЕЛ 7. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВО-
ГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
1. Правила технической эксплуатации судового электрооборудования
1.1. Общие положения Правил
Современные суда характеризуются большой и все возрастающей степенью элект
рификации, что повышает роль и значимость электроэнергетических и преобразующих систем в повседневной деятельности членов зкипажа и в работе судна, бесперебойная работа которого возможна только при хорошо организованной и грамотной технической эксплуатации электрифицированных механизмов.
Поддержание электрооборудования в постоянной готовности к действию, обеспече
ние надежной и безаварийной работы требуют постоянного совершенствования методов эксплуатации и хорошей специальной подготовки обслуживающего персонала.
Судовой электротехнический персонал руководствуется Уставом службы на судах морского и речного флота Украины, Правилами классификации и постройки морских су-
дов ( Регистр России ), Правилами технической эксплуатации электрооборудования судов, Правилами техники безопасности на судах морского и речного флота Украины, Положени
ем о дипломировании моряков и несении вахты (ПДНВ-78 ) и Кодексом о дипломирова-
нии моряков и несении вахты ( Кодекс-95 ), инструкциями заводов-изготовителей электро
оборудования и другими нормативными документами.
Прямая ответственность за техническую эксплуатацию судового электрооборудова
ния и его техническое состояние возлагается на электротехнический персонал.
Все работы по его эксплуатации разделяются на вахтенное и техническое обслужи-
вание электрических машин, установок, систем и отдельных электротехнических устройств.
Вахтенное обслуживание (ВО) электрооборудования определяет объем работ по его подготовке к пуску и включению в сеть - под напряжение, наблюдение за нормальной работой, выявление причин и устранение неисправностей согласно указаниям инструкции по эксплуатации установки или приложению I Правил технической эксплуатации судового электрооборудования.
Техническое обслуживание (ТО) электрооборудования определяет объем работ по оценке технического состояния электроустановок, дефектации отдельных узлов и деталей, ремонту и проведению испытаний перед сдачей в эксплуатацию. ТО электрооборудова-
ния, обеспечивающее его исправное техническое состояние, осуществляется в соответст-
вии с Положением о технической эксплуатации морского флота в объеме и в сроки, преду
смотренные планом-графиком ТО.
В период эксплуатации судового электрооборудования необходимо пользоваться: инструкциями заводов - изготовителей оборудования, Правилами классификации и пост-
ройки морских и речных судов Украины, Наставлением по борьбе за живучесть судов морского и речного флота, Санитарными правилами для морских и речных судов СССР, Инструкцией по электроснабжению судов от береговых сетей, Правилами по электробез
опасности при электроснабжении ремонтируемых и строящихся судов , директивными документами по вопросам эксплуатации судового электрооборудования, издаваемыми руководством Министерства транспорта и связи Украины и судоходных компаний.
Электромеханики, а в их отсутствие механики, обязаны обеспечить безопасность пря эксплуатации электрооборудования, качественно выполнять работы по обслуживанию
, постоянно совершенствовать свое профессиональное мастерство и повышать уровень теоретических знаний.
1.2. Содержание электрооборудования в постоянной готовности к действию
Выполнение всех требований по ТО электроустановок в сроки, предусмотренные планом-графиком, а также немедленное устранение обнаруженных во время эксплуатации неисправностей являются основой постоянной готовности электрооборудования к дейст-
вию.
Работы по устранению неисправностей производятся только с применением штат-
ных приспособлений и исправного инструмента. Запрещается пользоваться неисправными инструментами и непроверенными приспособлениями.
Судовое электрооборудование разделяется по назначению на две большие группы: источники электрической энергии и потребители.
ТО дополнительно характеризуются периодичностью работы на ходу судна или на стоянке.
Электрооборудование, не имеющее резерва и работающее во время движения суд-
на, ремонтируется на стоянках судна в порту. К этой группе механизмов относятся элект-
рооборудование рулевого устройства, электрифицированные механизмы, обеспечиваю-
щие нормальную работу главного двигателя и котельной установки.
Системы электротехнических устройств, обеспечивающих нормальную работу гру
зовых механизмов на стоянке, например грузовых лебедок, кранов, грузовых и зачистных насосов, ремонтируются во время хода судна или при длительных стоянках в порту без грузовых операций.
Источники электрической энергии обычно размещаются в закрытых помещениях и тем самым ограждены от воздействия атмосферных явлений и волн. Потребители электри
ческой энергии размещаются по всему судну и на открытой палубе, подверженной дейст-
вию соленой воды. Солевые отложения на наружных поверхностях электрооборудования, возникшие вследствие заливания морской водой или из солевого тумана, который появля
ется преимущественно в тропиках, удаляются ветошью, смоченной в пресной воде.
При попадании воды, особенно соленой, внутрь электрооборудования производит-
ся полная его разборка и тщательная промывка пресной водой, имеющей температуру око
ло 80° С, до полного удаления солей. После этого электрооборудование сушат и проверя-
ют сопротивление изоляции его обмоток относительно корпуса. Если оно окажется в соот
ветствии с допустимыми нормами, то обмотки пропитывают соответствующим лаком, вторично сушат и покрывают эмалью.
Восстанавливают изоляцию сразу же после обнаружения водц или соли на обмот-
ках электрооборудования, которое должно быть сухим и чистым
Появление коррозии на металлических поверхностях электрооборудования устраня
ют, своевременно зачищая и окрашивая дефектные места. На зачищенных местах восстанавливают лакокрасочное покрытие. Наружные поверхности окрашивают краской цвета слоновой кости.
В процессе эксплуатации трущиеся поверхности контактных частей электрообору-
дования, особенно коллекторы и контактные кольца электрических машин, протирают, шлифуют и полируют.
При шлифовке и протирке на ходу машины должны соблюдаться правила техники безопасности. Своевременная замена износившихся деталей электрооборудования при ТО является залогом постоянной готовности к работе электротехнических устройств.
1.3. Обслуживание электрооборудования в действии
Грамотное вахтенное обслуживание электротехнических устройств создает предпо
сылки к длительной эксплуатации исправного электрооборудования.
Вахтенному персоналу положено не реже одного раза за вахту, а электромеханику - не реже одного раза в сутки проверять чистоту электрооборудования, состояние аппарату-
ры управления, контроля и защиты, отсутствие недопустимой вибрации и шума, нагрев подшипников, корпусов электродвигателей и различной электротехнической аппаратуры, нагрузку генераторов и двигателей по показаниям электроизмерительных приборов.
Своевременное удаление пыли и влаги, осевших на изоляционных поверхностях, исключает появление токоведущих мостиков, поверхностный пробой и разрушение изоля
ции. Пыль и влага удаляются чистой ветошью, пылесосом или (из труднодоступных мест) сжатым воздухом давлением не выше 2 at ) из шлангов с мягкими наконечниками.
Аппаратуру контроля и защиты устанавливают только штатную. При появлении недопустимого уровня вибрации электротехнической установки, ненормального шума в работающем электрическом аппарате принимаются немедленные меры для перехода на резервную и выключения дефектной.
Температуру подшипников и нагрев машин проверяют на ощупь или термометром. Применение спиртовых термометров исключает погрешности измерений, создающиеся в ртутных термометрах в результате влияния переменных магнитных полей. Предельно до-
пустимые температуры нагрева подшипников качения + 95° С, подшипников скольжения +80° С.
Постоянное наблюдение за .показаниями приборов позволяет вахтенному персона-
лу следить за работой и нагрузкой электрических генераторов и двигателей. Чрезмерное увеличение отдаваемой генератором или потребляемой двигателем электрической мощно-
сти приводит к срабатыванию защитной аппаратуры и отключению электрической маши-
ны от сети, поэтому принимают необходимые меры к переводу нагрузки на резервный ге-
нератор, а электропривод отключают.
При произвольном отключении автоматического воздушного выключателя генера-
тора автомат можно включить вновь. После повторного его срабатывания генератор выво-
дится из работы, включается резервный и выясняется причина неисправности.
Все электрические переключения производятся с ведома и разрешения электромеха
ника или вахтенного механика. Немедленное отключение ответственных механизмов и машин производится в том случае, если промедление может вызвать аварию судна или несчастный случай.
2. Меры электробезопасности при эксплуатации судового электрообрудования
2.1. Основные положения
Вопросам электробезопасности на современных судах, имеющих широкую сеть электрифицированных механизмов, средств электрической автоматики контроля, сигнали
зации, измерения и защиты в условиях высокой влажности, тесноты судовых помещений и наличия металлических конструкций, придается первостепенное значение.
Эксплуатация судовых электротехнических устройств и систем объединяет комп-
лекс работ по вахтенному и техническому обслуживанию, которые требуют от обслужива
ющего персонала глубоких профессиональных и технических знаний, выполнения правил безопасности при эксплуатации судовых установок, что в конечном итоге является самым главным по предупреждению травматизма на судах.
В процессе эксплуатации судового электрооборудования не исключается возмож-
ность повреждения изоляции электроустановок, заземляющих устройств, нарушения раз-
личного вида блокировок и других технических неисправностей, в результате которых об-
служивающий персонал подвергается опасности воздействия электрического напряжения.
ёК обслуживанию судового электрооборудования допускаются работники не моложе 18 лет, годные по состоянию здоровья, имеющие необходимое электротехническое образова
ние и навыки самостоятельной работы на данных электротехнических установках.
Обслуживание электрооборудования, выполняемое судовым персоналом в процесс
се текущей эксплуатации, разделяется по степени опасности и необходимым мерам защи-
ты на три категории: при полном снятии напряжения, при частичном снятии напряжения и без снятия напряжения.
Работы, выполняемые при полном снятии напряжения, проводятся на обесточен-
ных участках или электроустановках, на которые исключается подача напряжения от дру-
гого электрооборудования, находящегося под напряжением. К работам этой категории от-
носятся все профилактические мероприятия, необходимый ремонт кнопок, магнитных пу-
скателей, реостатов, автоматических; воздушных выключателей и смена плавких вставок на различные величины токов.
Работы, выполняемые при частичном снятии напряжения, проводятся на обесто-
ченном участке, но соседние участки находятся под напряжением. Для исключения сопри-
косновения людей с участками, находящимися под напряжением, принимаются техниче-
ские и организационные меры: ограждение рабочих мест, наложение переносных заземлений, вывешивание плаката «Работать здесь».
Для предотвращения подачи напряжения к месту работы на включающих аппара-
тах устанавливаются механические замки,, изолирующие прокладки между контактами, и снимаются предохранители. На рукоятках коммутационной аппаратуры, при помощи кото
рой может быть подано напряжение к месту работы, вывешивается табличка «Не вклю-
чать - работают люди».
Вывешивание плакатов производится лицом, занимающимся отключением установ
ки и подготовкой места работ. Он проверяет отсутствие напряжения.
Работы, выполняемые без снятия напряжения, проводятся в аварийных случаях, в виде исключения на установках до 500 В судовым квалифицированным и опытным элект-
ротехническим персоналом под непосредственным руководством электромеханика.
Допускается под напряжением установка перемычек для шунтирования неисправ-
ных приборов, рубильников, выключателей, шунтирующих разъединителей, подтягивание гаек и болтов на выводах распределительных устройств.
Работающий под напряжением должен быть в головном уборе и в одежде с рука-
вами, застегнутыми у кистей рук, работать в диэлектрических перчатках и стоять на ди-
электрическом коврике или быть в диэлектрических галошах, пользоваться электромон-
тажным инструментом с изолированными рукоятками, при этом не касаться других токове
дущих частей, переборок и лиц, стоящих рядом на изолированной палубе, а также не применять для работы ножовки, напильники и металлические мерительные инструменты.
В порядке текущей эксплуатации судовому персоналу разрешается без снятия на-
пряжения производить обтирку и чистку корпусов электрических машин и оборудования, смазку подшипников, смену электрических ламп и перегоревших плавких вставок на вели
чину тока до 15 А с обязательным, применением изолирующих клещей, стоя на изолирую-
щем коврике в защитных очках.
Все работы, выполненные в порядке текущей эксплуатации, записывают в электро
техническом формуляре с указанием содержания и места их проведения и фамилии испол
нителя. Журнал ежедневно проверяет электромеханик.
Электромонтажные работы и смену ламп на высоте проводят с обязательным их отключением и при снятых предохранителях. Работы, выполняемые на высоте более 5 м над поверхностью палубы, считаются верхолазными. Их проводят с разрешения электро-
механика или старшего механика. С работающим на высоте, перед началом работы прово-
дят специальный инструктаж, выдают ему испытанный монтерский предохранительный пояс и страхующий канат. На предохранительном поясе должен стоять номер и дата оче-
редного испытания, которое проводится через каждые 6 мес при статической нагрузке 225 кг в течение 5 мин. Предохранительный пояс регистрируется в журнале учета и хранения средств защиты.
Ответственные оперативные переключения производятся по устному или телефон
ному распоряжению командного состава судна с последующим оформлением в вахтенном электротехническом журнале.
Наиболее ответственным мероприятием с точки зрения пожарной безопасности счи
тается промывка электрических машин и оборудования специальными моющими средства
ми. Для этого используются тампоны, кисти или струйные шприцы. Рукоятки и обоймы кистей выполняются из материалов, не вызывающих искрообразования. На месте протир-
ки или промывки машины устанавливают поддон емкостью не менее 3 л.
При протирке запас бензина на рабочем месте не должен превышать 0,25 л, а при промывке - 2 л. Емкости под бензин должны быть из латуни, алюминия или пластмасс с хорошо закрывающимися крышками.
Место промывки ограждают, устанавливают противопожарное оборудование, выве
шивают плакаты предупреждения и включают все виды вентиляции. Обтирочный матери-
ал после использования убирают в металлический ящик, закрывающийся крышкой.
Для обеспечения безопасности работ на судне эксплуатируемое электрооборудова-
ние надежно соединяют с корпусом судна. Переносный электроинструмент и переносные лампы подключают к сети переменного тока через разделяющие трансформаторы и соеди
няют с корпусом судна третьей жилой питающего кабеля. Сечение провода защитного за-
земления устанавливается равным сечению токопроводящей жилы кабеля до 16 мм вклю
чительно, но не менее 50% сечения токоведущих проводов, если сечение их более 16 мм. Однако применение защитного заземляющего провода сечением свыше 70 мм считается нецелесообразным.
Минимально допустимое сечение заземляющего медного провода устанавливается не менее 4 мм для силовых установок и не менее 2,5 мм для установочной арматуры и сетей освещения. В аппаратуре связи, сигнализации и теплового контроля сечение заземля
ющего провода выбирается не менее 1,5 мм. Установка предохранителей в проводах за-
земления не допускается.
Для создания надежного контакта между оборудованием и заземляющим проводом используются болтовые соединения при тщательной зачистке и лужении соприкасающих
ся поверхностей.
2.2. Причины и факторы поражения электрическим током
Нарушение правил безопасности труда при обслуживание электроустановок, сниже
ние изоляции электротехнического оборудования, повреждение заземляющих устройств являются причинами поражения электрическим током обслуживающего персонала.
Фактор поражения электрическим током объясняется его раздражающим действи-
ем на чувствительные окончания нервов (рецепторов), которые находятся во всех тканях тела. По каналам нервных образований раздражение передается в центральную нервную систему.
В отличие от других видов раздражителей (механических, тепловых, химических и т. д.) электрический ток воздействует на рецепторы как в месте соприкосновения электро
да с телом, так и по всему пути его прохождения и возбуждает значительные области нерв
ных тканей. Если возбуждение, вызванное электрическим током, не выходит за пределы выносливости центральной нервной системы, то создается активная ответная двигатель-
ная реакция, испуг и выделение пота.
Если центральная нервная система не сопротивляется полученному возбуждению, наступает нарушение сердечной деятельности - фибрилляция, которая характеризуется очень частыми беспорядочными подергиваниями отдельных волокон сердечной мышцы и остановкой дыхания. Степень раздражающего воздействия на организм человека определя
ется величиной, и родом электрического тока.
Лабораторные опыты и явления практической жизни показывают, что раздражаю-
щее действие постоянного и переменного тока на живой организм находится в соотноше-
нии 1:3.
Примерная характеристика воздействия величины постоянного переменного элект
рического тока на организм человека приведена в табл. 7.1.. Величина тока, проходящего через организм, берется без учета величины приложенного напряжения, с повышением которого увеличивается опасность поражения.
Таблица 7.1.
Действие электрического тока на организм человека
Величина тока, мкА |
Результат воздействия |
|
Постоянного тока |
Переменного тока |
|
0,6…1,5 |
Не ощущается |
Легкое дрожание рук |
2…3 |
То же |
Усиленное дрожание рук |
5…7 |
Зуд, ощущение нагрева |
Судороги в руках |
8…10 |
Усиление ощущения ннагрева |
Руки трудно, но можно оторвать от электродов, силь- ные боли в пальцах и кистях рук |
20…25 |
Большое усиление нагрева, незначительное сокращение мышц |
Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, затрудняется дыхание |
50…80 |
Сильное ощущение нагрева, сокраще ние мышц рук, судороги, затрудненное дыхание |
Паралич дыхания, начало трепетания желудочков сердца |
90…100 |
Паралич дыхания |
Паралич дыхания, при длительности 3 с и более паралич сердца |
300 и более |
Нет сведений |
Паралич дыхания, сердца при длительности воздейст вия 0,1 с, разрушение тканей тела |
С позиции электротехники величина напряжения объясняется количеством работы, затраченной на перенос заряда из одной точки электрической цепи в другую. Количество зарядов, перенесенных в единицу времени, определяет величину тока, которая зависит от сопротивления, в данном случае тела человека, одежды, обуви. Наименьшим сопротивле-
нием в организме человека обладают кровь, лимфа, мышечная ткань, в составе которых находится большое количество жидкости. Наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи, жировая и костная ткань.
Сопротивление тела человека колеблется в широких пределах от сотен ом до не-
скольких МОм. Увлажнение верхнего рогового слоя кожи, появление царапин и порезов в местах соприкосновения с токоведущими частями резко снижает величину этого сопротив
ления. Следовательно, напряжение, приложенное к двум точкам тела человека, произво-
дит пробой кожных покровов и создает условия для прохождения тока по малому сопро-
тивлению и травмированию организма.
2.3. Электрические травмы
Вредное, раздражающее влияние электрического тока на организм человека класси
фицируется как электрическая травма или электрический удар. Различаются следующие виды электрических травм по степени воздействия на организм: электрический ожог, элек
трические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия.
Электрические ожоги по характеру происхождения разделяются на три вида: 1. 1.контактный, или токовый, возникающий в условиях контакта человека с токоведу
щей частью, при котором через тело человека проходит ток более 1 А;
2. дуговой, вызванный действием электрической дуги в условиях короткого замыка
ния, при котором ток не проходит через организм человека;
3. смешанный, обусловленный наличием двух выше определенных видов.
Электрические знаки или токовые метки образуются на поверхности кожи при кон
такте с элементами, находящимися под напряжением. Эти знаки представляют собой при
пухлость бледно-желтого цвета овальной или круглой формы размером 1 -5 мм.
Металлизация кожи характеризуется проникновением в верхний, слой кожи мель-
чайших частичек расплавленного металла, разбрызганного электрической дугой, возникшей при коротком замыкании.
На пораженном участке возникает покраснение и боль, поверхность становится ше
роховатой. После заживания кожа сходит.
Механические повреждения происходят при резких судорожных сокращениях мышц в результате прохождения тока. При этом возникают разрывы кровеносных сосу-
дов, кожи, вывихи суставов. Эти явления наблюдаются при длительном воздействии электрического тока.
Электроофтальмия - воспаление наружных оболочек глаз под действием лучистой энергии, созданной электрической дугой. Она сопровождается резкой болью в глазах, по-
краснением и воспалением век, слезотечением в течение нескольких дней.
Электрический удар вызывает шоковое состояние организма, которое может длить
ся от нескольких секунд до суток. Электрический удар возникает в результате воздействия высокого напряжения даже при малых токах. Пострадавший не в состоянии сам освобо-
диться от проводника, находящегося под напряжением. При этом нарушается кровообра-
щение и дыхание.
При поражении электрическим током организм человека впадает в состояние мни-
мой, клинической или биологической смерти.
Состояние мнимой смерти сопровождается потерей сознания, но сохраняются кровообращение и дыхание.
Состояние клинической смерти определяется отсутствием кровообращения и дыха
ния, которые еще можно восстановить не позднее чем через 6 -8 мин. Через более дли-
тельное время утрачиваются жизнедеятельные функции коры головного мозга, очень чув-
ствительного к кислородному голоданию. Возникают необратимые процессы биологиче-
ской смерти.
2.4. Оказание первой помощи пострадавшему от поражения электрическим током
Быстро принятые меры по оказанию первой помощи пострадавшему при пораже-
нии электрическим током являются залогом возвращения его к жизни. Оказание первой помощи должно проводиться немедленно, четко и быстро.
В первую очередь освобождают пострадавшего от действия электрического тока. С этой целью выключают рубильники, автоматы и другие коммутационные аппараты, пода-
ющие напряжение к пострадавшему. Если нельзя быстро снять напряжение, то пострадав-
шего отделяют от токоведущих частей за одежду или изолируют от палубы сухой доской, резиновым ковриком или сухой подстилкой.
Освобождать пострадавшего от тока необходимо в резиновых перчатках или стоя на резиновом коврике. При отсутствии их можно пользоваться подручными средствами, обмотать руку сухой частью одежды, фуражкой или встать на какую-либо изолирующую подставку.
Освобожденного от воздействия тока укладывают на мягкую сухую подстилку, обе
спечивая приток свежего воздуха, расстегивая пояс и одежду, дают понюхать нашатыр-
ный спирт, лицо обрызгивают водой. Если пострадавший находится без сознания, то немедленно делают искусственное дыхание. Пришедшего в сознание хорошо укрывают, со-
гревают, дают теплого чая и 15 - 20 капель валерьянового настоя.
Если пострадавший плохо дышит очень редко и судорожно, как умирающий, или у него вообще отсутствуют признаки дыхания, надо делать искусственное дыхание или массаж сердца.
До начала искусственного дыхания необходимо освободить пострадавшего от стесняющей дыхание одежды, а рот его от вставных зубов, воды, грязи и т.пп.
Если зубы стиснуты, надо осторожно разжать их, введя между зубами ручку ложки или дощечку.
При отсутствии у пострадавшего признаков жизни (дыхания и пульса) все равно необходимо немедленно оказать ему первую помощь - сделать искусственное дыхание и наружный (непрямой) массаж сердца. Переносить пострадавшего в другое место можно в виде исключения, только в тех случаях, когда опасность продолжает угрожать пострадавшему.
Когда пострадавший начнет дышать самостоятельно, продолжать искусственное дыхание вредно, но если дыхание вновь начнет слабеть или прекращаться, следует немед-
ленно возобновить искусственное дыхание. Вопрос о целесообразности дальнейшего проведения искусственного дыхания решает врач.
Каждый, даже легко пострадавший, должен быть в ближайшие часы доставлен к врачу для дальнейшего наблюдения.
2.5. Способы искусственного дыхания
Способ искусственного дыхания выбирается в зависимости от целостности органов пострадавшего и наличия ( отсутствия ) помощника.
На практике применят 3 способа искусственного дыхания:
Способ Шефера
Применяется, когда оказывающий помощь не имеет помощников (рис. 18.1).
Рис. 18.1. Искусственное дыхание по способу Шефера: а выдох; б вдох
Надо положить пострадавшего на живот, головой на одну руку, подстелив что-ни-
будь под голову. Другую руку вытянуть вперед. Вытянуть язык, но не держать его. Встать на колени над пострадавшим, лицом к его голове, так, чтобы бедра пострадавшего были между коленями оказывающего помощь.
Положить свои ладони на спину пострадавшего, на нижние ребра, охватив его с бо-
ков сложенными пальцами. Считая «раз», «два», «три», наклонять постепенно свое тело вперед, так чтобы навалиться на свои вытянутые руки и таким образом нажать на нижние ребра пострадавшего (выдох).
Не снимая рук со спины пострадавшего, откинуться назад (вдох). Сосчитав «четы-
ре», «пять», «шесть», вновь постепенно, не спеша, навалиться тяжестью своего тела на вытянутые руки, считая «раз», «два», «три и т. д. Нажатия нужно повторять не спеша, в такт своему размеренному дыханию, 12 -15 раз в минуту. При переломе ребер и ожоге спины способ не применяется.
Способ Сильвестра
Применяется, если есть помощники ( рис. 18.2 ).
Надо положить пострадавшего на спину, подстелив что-нибудь теплое и подложив под его лопатки сверток одежды, чтобы голова запрокинулась назад. Вытянуть и удержи-
вать язык, слегка подтягивая его к подбородку. Встать на колени над головой пострадавшего, захватить его руки у локтя и, считая «раз», «два», «три», поднять руки пострадавшего и закинуть их за голову (вдох). Считая «четыре», «пять,» «шесть», слегка прижать его руки к бокам (выдох).
При правильно проводимом искусственном дыхании слышен звук (как бы стон) от прохождения воздуха через дыхательное горло пострадавшего, когда грудная клетка сдавливается и отпускается. Если звука нет, это значит, что язык запал и мешает прохождению воздуха.
При наличии двух помощников искусственное дыхание проводят двое, каждый за одну руку, согласованно, по счету; третий держит вытянутый язык. Вытягивать запавший
язык и удерживать его следует с помощью куска бинта, марли или чистого носового платка.
Рис. 18.2. Искусственное дыхание по способу Сильвестра: а выдох; б вдох
При переломе руки или ключицы этот способ не применяется.
Способ «рот в рот»
Этот способ ( рис. 18.3 ) заключается в том, что оказывающий помощь вдувает воздух из своих легких в легкие пострадавшего через его рот или нос.
Рис. 18.3. Положение головы пострадавшего перед проведением искусственного дыхания по способу «рот в рот»
Этот способ эффективен по сравнению со всеми другими способами: воздух, выдыхаемый из легких оказывающего помощь и вдуваемый в легкие пострадавшего, содержит достаточное для дыхания количество кислорода, а по объему его поступает в легкие пострадавшего в несколько раз больше, чем при других способах.
Воздух вдувают через марлю, носовой платок и т. п., а также через специальную трубку. Перед искусственным дыханием необходимо быстро освободить пострадавшего от стесняющей дыхание одежды, уложить его на стол или палубу, открыть его рот и освободить его от посторонних предметов, пользуясь платком или концом рубашки, затем повернуть голову пострадавшего, как показано на рис. 18.3.
Проводя искусственное дыхание, оказывающий помощь должен делать глубокий вдох и с силой выдыхать воздух в рот пострадавшего. При этом он должен охватить своим ртом весь рот пострадавшего и своим лицом зажать ему нос (рис. 18.4, а).
Рис. 18.4. Искусственное дыхание способом «рот в рот»
Затем оказывающий помощь откидывается назад и делает новый вдох. Грудная клетка пострадавшего при этом опускается, и он делает пассивный выдох (рис. 18.4, 6). В одну минуту следует делать 1012 вдуваний.
При всех способах необходимо избегать чрезмерного сдавливания грудной клетки, так как при этом возможны перелом ребра, а также выдавливание из желудка пищи и заку
порка ею дыхательных путей. Нельзя делать руками пострадавшего грубые и резкие дви-
жения во избежание переломов и вывихов.
Непрямой массаж сердца
Непрямым называется массаж сердца без вскрытия грудной клетки.
Массаж сердца - искусственные ритмичные сжатия сердца, имитирующие его сокращения.
Назначение массажа сердца - искусственное поддержание кровообращения в орга
низме и восстановление нормальных сокращений сердца. При сжатии сердца кровь из его полостей, обогащенная кислородом благодаря искусственному дыханию (которое должно обязательно проводиться вместе с массажем сердца), доставляет кислород и питательные вещества клеткам организма, в том числе клеткам головного мозга и сердечной мышцы, предотвращая необратимые процессы в организме и стимулируя самостоятельную деятельность сердца.
Подготовка к массажу сердца является одновременно подготовкой к исусственному дыханию. Искусственное дыхание следует выполнять при этом способом «рот в рот».
Другие способы в данном случае применяться не могут.
Таким образом, перед началом массажа сердца необходимо выполнить все опера-
ции, рассмотренные ранее. Для удобства выполнения массажа пострадавшего следует по-
ложить на низкий стол или скамью. Необходимо обнажить грудную клетку пострадавше-
го. Затем оказывающий помощь становится с одной стороны от пострадавшего и занимает такое положение, при котором возможен наклон над ним ( рис. 18.5 ).
Рис. 18.5 Искусственный ( непрямой ) массаж сердца и искусственный массаж
сердца
Определив положение нижней трети грудины (рис. 7.5), оказывающий помощь кладет на нее верхний край ладони разогнутой до отказа руки, а затем поверх первой кла-
дет вторую и надавливает на грудную клетку пострадавшего, слегка помогая наклоном своего корпуса (в результате этого сердце сжимается между грудиной и позвоночником и кровь выжимается из полости сердца).
Надавливать на грудину следует быстрым толчком так, чтобы сместить нижнюю часть грудины вниз на 3 - 4, а у полных людей на 5 - 6 см. После толчка руки остаются в данном положении примерно одну треть секунды, затем их снимают с грудной клетки, давая ей возможность расправиться.
При этом сердце заполняется кровью, поступающей из вен. Надавливают на груди
ну примерно один раз в секунду. Через каждые 4 - 6 толчков делают перерыв на 2 с в тече
ние которого пострадавшему делают искусственный вдох. Затем, когда у пострадавшего начинается выдох, вновь надавливают на грудину с указанной частотой.
Если оказывающих помощь двое, один из них (менее опытный) должен проводить искусственное дыхание, а другой - массаж сердца (рис. 18.6 ). Если оказывает помощь один, он должен чередовать операции: после 2 - 3 вдуваний воздуха проводить 4 - 6 надавливаний на грудную клетку.
Рис. 18.6. Положение рук производящего массаж сердца
После появления первых признаков жизни наружный массаж сердца и искусственное дыхание следует продолжать в течение 5 - 10 мин, приурочивая вдувание воздуха к мо
менту начала собственного вдоха пострадавшего.
Иногда достаточно нескольких энергичных сдавливаний грудной клетки, чтобы вос
становить естественную работу сердца.
Но бывает и так, что нормальная деятельность сердца не восстанавливается в тече-
ние многих часов.
Однако это ни в коем случае не свидетельствует о безнадежности дальнейшего ока-
зания помощи. Практика насчитывает много случаев оживления людей, пораженных то-
ком, через 3 - 4, а в отдельных случаях через 10 - 20 ч и более, в течение которых непре-
рывно производились наружный массаж сердца и искусственное дыхание.
Причиной длительного отсутствия пульса у пострадавшего при появлении других признаков оживления (восстановление самостоятельного дыхания, сужение зрачков и др.) может явиться фибрилляция сердца, которую могут снять с помощью специального дефибриллятора медицинские работники. До этого необходимо непрерывно выполнять массаж сердца и искусственное дыхание.
3. Мероприятия по защите персонала от поражения электрическим током
3.1. Организационно-профилактические мероприятия по предупреждению поражения электрическим током
Лучшей мерой борьбы с несчастными случаями от поражения электрическим током является их предупреждение. Необходимо широко распространять правильные сведения об опасности, которую несет электрический ток, изучать и соблюдать правила техники электробезопасности, инструктировать персонал и бороться с ложными представлениями о «безопасности» низкого напряжения.
При эксплуатации электрооборудования необходимо широко использовать защит-
ные средства для изоляции человека от токоведущих частей и от земли (резиновые перчат
ки, галоши, изолированные штанги, щипцы, инструмент с изолированными ручками).
Необходимо также широко применять приборы, с помощью которых можно обнару
жить напряжение, и испытательные приборы для определения исправности изоляции.
Указанные защитные средства необходимо периодически проверять испытанием на повышенное напряжение, особенно изделия из резины, изолирующие свойства которой резко падают под воздействием бензина, кислот, щелочей, а также под влиянием света, вы
сокой температуры и механических повреждений.
Снижению опасности поражения электрическим током в значительной степени спо
собствует организованный порядок выполнения работ и допуска к ним. К обслуживанию судового электрооборудования могут допускаться только лица, имеющие необходимую квалификацию, подтвержденную дипломом или свидетельством. Выполнение ремонтных работ под напряжением не допускается.
При работе вблизи частей, находящихся под напряжением (например, на выключен
ной секции ГЭРЩ), работающий должен оградить себя от токоведущих частей и от окру-
жающих металлических частей, применяя для этой цели изоляцию: сухие доски, тонкие листы текстолита или сухую ткань, свернутую в несколько раз; работу в этих условиях разрешается выполнять только под непосредственным наблюдением судового электроме
ханика.
Особую осторожность надо соблюдать при работе в помещениях с повышенной степенью опасности поражения электрическим током.
В этом отношении судовые помещения делят на 3 категории:
1. Помещения с повышенной опасностью, которым присуще одно из следующих условий:
а ) повышенная влажность (более 75 %);
б ) высокая температура (более 30 °С);
в ) токопроводящие палубы и настилы;
г ) возможность одновременного контакта человека с металлическими корпусами электрооборудования и металлическими предметами, заземленными на корпус судна.
К таким помещениям относятся камбузы, провизионные кладовые, МКО и румпель
ные отделения.
2. Помещения особо опасные, которым присущи одновременно 2 или более перечи
сленных выше условий, а также при наличии сырости (при относительной влажности до 100 %) или химически активной среды (едких паров, газов, жидкостей), способных разру-
шить изоляцию токоведущих частей.
К таким помещениям относятся коффердамы, танки, цистерны, прачечные, бани и др.
3. Помещения, не имеющие условий, создающих повышенную или особую опас-
ность.
Осмотры, ремонты и другие работы следует выполнять только в определенном ин-
струкциями порядке и широко использовать различного рода предупреждающие надписи и плакаты.
Перед началом работ с частичным или полным снятием напряжения электротехни
ческий персонал обязан выполнить следующие мероприятия:
индикатором (при этом отсутствие напряжения должно быть проверено между фазами и на каждой фазе по отношению к заземленным частям);
ях, наложить переносные заземления и вывесить плакат "Работать здесь".
При аварийных работах на неотключенных токоведущих частях необходимо:
1. токоведущие части, на которых не предусматриваются работы, оградить диэлект-
рическими матами и.др.;
2. работать в комбинезоне с рукавами, застегнутыми у кистей, в головном уборе, ди
электрических галошах или стоять на диэлектрическом коврике; пользоваться электроин
струментом с изолированными рукоятками; работы выполнять только вдвоем (со страхую
щим).
3.2. Конструктивные мероприятия по защите от поражения электрическим током
Конструктивные мероприятия по защите от поражения электрическим током долж-
ны обеспечивать: защиту от прикосновения к токоведущим частям, от перехода напряже-
ния на нетоковедущие части, от перехода высшего напряжения на сторону низшего, а так
же защитную сигнализацию и блокировку.
Защита от прикосновения к токоведущим частям является одной из главнейших мер по предотвращению поражений электрическим током, так как подавляющее число не-
счастных случаев происходит именно вследствие случайного прикосновения к токоведу-
щим частям.
В судовых электрических установках допускается применение ГЭРЩ только без ка
ких-либо обнаженных токоведущих частей на лицевой стороне. Пространство позади
ГЭРЩ, в тыловой части которых расположены голые токоведущие части, требующие об-
служивания, должны быть ограждены перегородками с дверями, запирающимися на ключ.
Кроме того, поскольку во время качки обслуживающий оператор может потерять
равновесие, вдоль задней стороны щита должны быть изолированные поручни, за которые можно держаться без опасения прикоснуться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Для надежного обеспечения электробезопасности на судах предусматривают целый комплекс мероприятий:
1. Ограничение напряжения в главных цепях и цепях управления до 230 В постоян-
ного тока и 400 В переменного тока (кроме судов с ГЭУ), до 42 В для переносных инстру-
ментов, до 12 В для ручных переносных светильников.
Правила Регистра устанавливают следующие значения безопасного напряжения на судах: 55 В между полюсами постоянного тока; 55 В между фазами или между фазами и корпусом судна при переменном токе. При этом под безопасным понимают напряжение, не представляющее опасности для обслуживающего персонала.
2. Ограничение выбора систем распределения электроэнергии. На судах применяют 3-проводные системы с изолированной или компенсированной нейтралью. При 1-фазном касании токоведущих частей в системе с изолированной нейтралью значение тока, протее
кающего через тело человека, меньше, чем в системах с заземленной нейтралью (оно опре
деляется в основном электрической емкостью электросети относительно корпуса). При компенсации нейтрали сила тока значительно уменьшается.
3. Использование судового электрооборудования в морском исполнении, а также надежную изоляцию и закрытие токоведущих частей.
4. Применение защитного заземления, т. е. электрического соединения с корпусом судна корпусов электрических машин, металлических частей кожухов, корпусов пускоре-
гулирующей аппаратуры и распределительных устройств, светильников, измерительных приборов и др., работающих при напряжении свыше 12 В.
Рис. 18. 6. Схема защитного заземления корпуса приемника электроэнергии
Человек, прикоснувшийся к заземленному корпусу электродвигателя М, оказавшее
муся под напряжением, окажется включенным параллельно замыкающей перемычке X.
Сопротивление перемычки во много раз меньше сопротивления тела человека. Поэтому основная часть тока замыкания будет проходить через перемычку в виде тока 1х, а ток через тело человека Iч будет мал.
На схеме резисторами r1 и г2 обозначено сопротивление изоляции проводов 1 и 2 относительно корпуса.
5. Использование защитных устройств, снимающих напряжение при проникнове-
нии человека в опасную зону; применение индивидуальных защитных средств и изолиро
ванного инструмента, а также устройств защитного отключения и замыкания, компенсато
ров токов замыкания и др.
Для защиты от статического электричества используют материалы, имеющие удель
ное электрическое сопротивление не более 106 Ом*см, т. е. не являющиеся диэлектриче-
скими, и тщательно заземляют оборудование на корпус судна.
4. Пожарная безопасность при эксплуатации судового электрооборудования
Пожарная безопасность обеспечивается соблюдением ПТЭ СТС и правил техники безопасности.
Температура отдельных частей электрооборудования и оболочек кабелей и прово-
дов не должна превышать допустимую классом изоляции.
Необходим систематический контроль состояния сопротивления изоляции электро-
оборудования и электрических сетей.
Категорически запрещается использовать бензин и другие легковоспламеняющиеся жидкости для протирания коллектора, щеток и других частей электрических машин, нахо
дящихся под напряжением.
В коммутационно-защитных аппаратах должны быть исправные дугогасительные устройства. Токи уставок расцепителей АВ и плавких вставок должны соответствовать расчетному току нагрузки.
В аккумуляторных помещениях нельзя пользоваться открытым огнем, в них следу
ет применять светильники взрывобезопасного исполнения с вынесенными наружу выклю
чателями. Включают вентилятор до начала заряда АБ и выключают спустя некоторое время после окончания заряда, что позволяет избежать образования взрывоопасной смеси выделенных при заряде газов и воздуха.
Необходимо тщательно проверять состояние опрессовки, пропайки кабельных нако
нечников и плотность их закрепления на контактных шпильках.
Следствием неплотной опрессовки или некачественной пропайки является плохой контакт между жилой и наконечником. В таких местах резко увеличивается переходное сопротивление и количество выделяемой в нем теплоты, что может привести к пожару электрооборудования.
Электросварочные установки с источниками переменного и постоянного тока, пред
назначенные для сварки в особо опасных условиях (например, внутри металлических емкостей, в туннелях, понтонах, котлах, отсеках судов, при наружных работах), должны быть оснащены устройствами автоматического отключения напряжения холостого хода или ограничения его до напряжения 12 В с выдержкой времени не более 0,5 с.
Следует постоянно проверять соблюдение членами экипажа правил пожарной без-
опасности при использовании бытовых и особенно нагревательных приборов электро-
кипятильников, утюгов и др.
На нефтеналивных судах, помимо обычных защитных заземлений, применяют за-
земление корпуса судна, т. е. электрическое соединение корпуса с заземлением на берегу или с корпусом другого судна.
После постановки судна к причалу заземляющий кабель подают на берег и надежно соединяют с береговым трубопроводом. Затем включают рубильник в цепи заземляющего кабеля, тем самым уравнивая потенциалы корпуса судна и берегового трубопровода. Отключают заземляющий кабель в обратном порядке.
Таким образом, соединение и рассоединение трубопроводов проводятся при зазем
ленном корпусе судна, что позволяет избежать искрообразования между фланцами обоих трубопроводов в момент их касания или разделения вследствие разности потенциалов бе
регового трубопровода и корпуса судна.
Контрольные вопросы
1. В чем состоят общие положения Правил технической эксплуатации и Правил техники безопасности при эксплуатации судового электрооборудования?
2. Какие мероприятия выполняются персоналом с целью поддержания судового
электрооборудования в постоянной готовности к действию?
3. В чем состоит обслуживание электрооборудования в действии?
4. Какие меры электробезопасности должны быть предусмотрены при эксплуата-
ции электрооборудования?
5. Перечислите факторы поражения человека электрическим током
6. Каковы меры оказания первой помощи пострадавшему при его поражении элек-
трическим током?
преждению поражения электрическим током?
током?
Список литературы
1. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1988. 328 с.
2. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками. М.: Транспорт, 1981. 255 с.
3. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. Электроэнергетические системы морских судов. М.: Транспорт, 1991. 368 с.
4.Бабаев М.А., Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые электроприводы. -М.:
Транспорт, 1986. 448 с.
5. Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Учебник. М.Транспорт,
1991. 328 с.
6. Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов. Учебник.
Л.:Судостроение, 1986. -352 с.
7. Токарев Л.И. Судовые электрические приборы управления. -М.: Транспорт,
1986. 328 с.
8. Акулов Ю.И. Гребные электрические установки. Учебник для морских учебных заведений. М. Транспорт, 1982 г.
9. Электрооборудование судов. Учебник для вузов. Под редакцией Вилесова Д.В., Л. Судостроение. 1982. 264 с.
10. Правила классификации и постройки морских судов (Регистр Украины), части
XI, XV.
11. Правила технической эксплуатации морских и речных судов Украины.
Раздел «Электрооборудование». КНДЗ 31.2.002.07-96
12. Правила техники безопасности на судах морского и речного флота Украины
13. Положение о дипломировании моряков и несению вахт 1978 р.
14. Кодекс по дипломированию моряков и несению вахт 1995 р.
15. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море ( SOLAS-74
с поправками 1983 р./.
16. Правила предотвращения загрязнения с судов ( МАРПОЛ-73/78 с приложения-
ми )
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ________________________________________________________3
Перечень сокращений ________________________________________________4
ВВЕДЕНИЕ _________________________________________________________7
РАЗДЕЛ 1. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ__________32
напряжения генераторов. Параллельная работа генераторов__________________66
аппаратура___________________________________________________________112
РАЗДЕЛ 2. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ_____________________241
2.1. Основы теории электропривода_____________________________________ 241
2.2. Способы пуска, регулирования частоты вращения и торможения судовых электроприводов. Коммутационно-защитная аппаратура___________________ 260
2.3. Электроприводы рулевых устройств________________________________ 385
2.4. Электроприводы судовых нагнетателей_____________________________ 450
2.5. Электроприводы якорно-швартовных устройств______________________ 501
2.6. Электроприводы судовых грузоподъемных механизмов________________537
РАЗДЕЛ 3. ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ__________________ 628
РАЗДЕЛ 4. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СЭУ И СЭЭС_______________________________________________________639
РАЗДЕЛ 5. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ, УПРАВЛЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ___________________________________660
РАЗДЕЛ 6. СУДОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭЛЕКТРО-
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ______________________________________ 692
РАЗДЕЛ 7. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБО-
РУДОВАНИЯ_______________________________________________________ 716
Cписок литературы___________________________________________________732
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ________________________________________________________3
Перечень сокращений ________________________________________________4
Введение____________________________________________________________7
1. Краткий исторический очерк развития судового электрооборудования.
Комплексы систем управления судовыми техническими средствами. Классы автоматизации судов А1, А2 и А3________________________________________7
2. Международные морские нормативные документы, определяющие
уровень подготовки судовых механиков в части эксплуатации судового электрооборудования___________________________________________________9
3. Международные и национальные морские классификационные общества.
Функции Регистра Украины_____________________________________________10
4. Условия работы судового электрооборудования. Требования Правил
Регистра к судовому электрооборудованию________________________________12
5. Требования морских нормативных документов к конструкции судового
электрооборудования. Основные сведения_________________________________13
6. Классификация судового электрооборудования
.1. в зависимости от климатических условий района плавания________________14
.2 . в зависимости от места расположения на судне_________________________ 14
.3. в зависимости от степени защищенности обслуживающего персонала
от соприкосновения с его токоведущими или вращающимися частями и
степени защищенности корпуса электрооборудования от попадания внутрь
воды ________________________________________________________________15
.4. в зависимости от особых условий работы_______________________________17
.5. в зависимости от способа монтажа электрических машин_________________ 18
.6. в зависимости от режимов работы электрооборудования__________________20
7. Условия выбора электродвигателей для судовых электроприводов__________ 23
8. Система буквенно-цифровых обозначений электрооборудования____________25
9. Международная система единиц физических величин _____________________26
10. Единицы часто применяемые в судовой электротехнике___________________28
11. Рекомендации по изучению дисциплины_______________________________ 30
Контрольные вопросы__________________________________________________ 30
РАЗДЕЛ 1. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕ-
МЫ_______________________________________________________32
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ____________________________________________________________32
Контрольные вопросы__________________________________________________ 47
2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ СЭЭС. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ____________48
1. Режимы работы судна_________________________________________________48
2. Режимы работы приемников электроэнергии_____________________________49
.1. Основные сведения__________________________________________________49
.2. Табличный метод определения мощности СЭС__________________________50
.3. Выбор количества и мощности генераторов в режимах работы судна________58
.4. Экономическая эффективность СЭС___________________________________59
.5. Методы повышения экономичности СЭС_______________________________59
.1. Основные сведения__________________________________________________60
.2. Приводные двигатели генераторных агрегатов___________________________60
.1. Эксплуатационные характеристики_____________________________________61
.2. Системы возбуждения синхронных генераторов__________________________62
.3. Основные типы судовых синхронных генераторов________________________64
.4. Техническое обслуживание и ремонт судовых генераторов_________________64
Контрольные вопросы__________________________________________________ 66
3. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГЕНЕРАТОР-
НЫХ АГРЕГАТОВ И НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ_____________________________________________66
.1. Необходимость использования АРЧ___________________________________66
.2. Основные характеристики АРЧ_______________________________________66
.3. Регуляторные характеристики АРЧ____________________________________67
.4. Скоростные характеристики АРЧ______________________________________67
.5. Классификация АРЧ_________________________________________________69
.6. Применение разных типов АРЧ_______________________________________ 70
.7. Изменение положения регуляторных характеристик АРЧ__________________70
.8. Требования Правил Регистра к ПД ГА__________________________________71
.9. Требования Правил Регистра к распределению активной и реактивной
нагрузки при параллельной работе генераторов_____________________________72
2. Системы возбуждения и автоматического регулирования напряжения СГ_____72
.1. Причины, влияющие на напряжение судовых синхронных генераторов______72
.2. Компенсация действия причин, вызывающих изменение напряжения СГ____ 73
.3. Требования международных и национального классификационных обществ к судовым АРН_________________________________________________________74
.4. Требования Правил Регистра к сохранению работоспособности приемников электроэнергии при колебаниях напряжения и частоты тока сети______________76
.
3. Принципы построения систем автоматического регулирования напряжения__76
.1. Основные сведения__________________________________________________76
.2. Системы АРН, действующие по возмущению____________________________76
.3. Системы АРН, действующие по отклонению____________________________78
.4. Комбинированные системы АРН______________________________________ 78
4. Реактивные компенсаторы___________________________________________ 79
.1. Основные сведения_________________________________________________ 79
.2. Схемы реактивных компенсаторов_____________________________________80
5. Контуры коррекции напряжения синхронных генераторов_________________ 82 .1. Основные сведения__________________________________________________82
.2. Контуры частотной коррекции АРН____________________________________82
.3. Контуры температурной коррекции АРН________________________________83
6. Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения
синхронных генераторов типа МСС______________________________________84
7. Бесщеточные синхронные генераторы__________________________________90
8. Характерные неисправности СВАРН___________________________________91
9. Параллельная работа генераторов______________________________________91
.1. Особенности параллельной работы____________________________________91
.2. Понятия «перевод нагрузки» и «распределение нагрузки»_________________92
.1. Основные сведения _________________________________________________93
.2. Условия синхронизации синхронных генераторов________________________93
.3. Последствия нарушения условий синхронизации_________________________94
.1. Метод точной синхронизации_________________________________________96
.2. Синхроноскопы_____________________________________________________97
.3. Метод грубой синхронизации_________________________________________100
.4. Метод самосинхронизации___________________________________________101
.1. Основные сведения_________________________________________________102
.2. Блок синхронизации генераторов типа БСГ_____________________________102
.1. Основные сведения_________________________________________________103
.2. Системы распределения активной нагрузки с базовым генератором________104
.3. Системы распределения активной нагрузки с повышенной точностью регулирования скорости ПД ГА_________________________________________105
.1. Основные сведения ________________________________________________ 106
.2. Автоматическое распределение реактивной нагрузки____________________107
.1. Условия включения генераторов постоянного тока на параллельную работу_108
.2. Последствия нарушения условий включения____________________________109
.3. Перевод и распределение нагрузки ____________________________________110
.4. Уравнительная шина ________________________________________________110
Контрольные вопросы_________________________________________________111
4. СУДОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И КОММУТА-ЦИОННО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА_______________________________112
1. Судовые распределительные устройства _______________________________112
.1. Классификация судовых распределительных устройств__________________112
.2. Принципиальные схемы распределительных щитов_____________________113
.3. Требования Правил Регистра к схемам ГЭРЩ_________________________ 115
.4. Схема главного распределительного щита _____________________________116
.5. Схема генераторной секции ГЭРЩ____________________________________118
.6. Требования Правил Регистра к конструкции распределительных устройств__119
.1. Основные сведения ________________________________________________120
.2. Рубильники, выключатели и переключатели____________________________121
.3. Универсальные переключатели ______________________________________ 124
.4. Универсальные переключатели без разрыва тока________________________ 126
.5. Промышленные типы пакетных выключателей и переключателей__________127
3. Коммутационно-защитная аппаратура распределительных устройств_______128
.1. Автоматические выключатели________________________________________128
.2. Классификация автоматических выключателей__________________________128
.3. Устройство автоматического выключателя_____________________________129
.1. Основные сведения_________________________________________________ 133
.1. Основные сведения_________________________________________________140
.2. Автоматические выключатели генераторов_____________________________141
.3. Электродвигательным привод генераторного АВ серии АМ_______________ 145
.4. Автоматические выключатели приемников электроэнергии ______________ 146
.5. Автоматические выключатели серии А3300 ____________________________146
.6. Автоматические выключатели серии АК50_____________________________ 148
7. Предохранители____________________________________________________149
8. Реле защиты _______________________________________________________151
.1. Основные сведения_________________________________________________151
.2. Реле тока__________________________________________________________152
.4. Реле обратной мощности типа ИМ-149 ________________________________154
.5. Реле перегрузки типа ИМ-145________________________________________ 155
.6. Бесконтактное реле обратного активного тока типа РОТ-51/401____________155
10. Техническая эксплуатация распределительных устройств и коммутационно-защитных аппаратов___________________________________________________159
.1. Техническое обслуживание распределительных устройств ________________159
.2. Техническое обслуживание автоматических выключателей_______________161
.3. Техническое обслуживание выключателей и предохранителей____________ 163
Контрольные вопросы_________________________________________________163
5. АВАРИЙНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ______________________________164
1. Аварийные электростанции___________________________________________164
.1. Состав приемников электроэнергии___________________________________164
.2. Размещение аварийной СЭС_________________________________________ 165
.3. Особенности электроснабжения грузовых и пассажирских судов __________ 165
.4. Принципиальная схема АЭРЩ________________________________________166
.5. Источники питания аварийных СЭС___________________________________167
.6. Схема программного управления пуском АДГ__________________________168
2. Обеспечение непрерывности электроснабжения_________________________172
.1. Основные сведения_________________________________________________172
.2. Обеспечение непрерывности электроснабжения при помощи аварийной
СЭС________________________________________________________________173
.3. Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания
приемников электроэнергии____________________________________________174
3. Судовые аккумуляторы и гальванические элементы______________________176
.1. Основные сведения_________________________________________________176
.2. Кислотные аккумуляторы___________________________________________ 178
.3. Щелочные аккумуляторы____________________________________________ 182
.4. Выбор и размещение аккумуляторов __________________________________185
.5. Зарядно-питающие устройства аккумуляторов__________________________186
.6. Правила техники безопасности при эксплуатации аккумуляторов_________ 189
Контрольные вопросы_________________________________________________189
6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО СУДНУ_________________190
1. Судовые электрические сети__________________________________________190
.1.Классификация судовых электрических сетей___________________________190
.2. Сравнение эксплуатационных характеристик судовых электрических сетей_ 182
2. Судовые кабели и провода____________________________________________192
.1. Основные сведения_________________________________________________192
.2. Расчет кабелей по току нагрузки, их выбор и проверка___________________193
.3. Определение расчетных токов кабелей________________________________ 193
.4. Выбор площади поперечного сечения жил кабелей______________________ 194
.5. Проверка кабелей на потерю напряжения______________________________ 195
.6. Требования Правил Регистра к значениям потери напряжения в линиях электропередач_______________________________________________________197
.7. Методы прокладки кабелей__________________________________________197
3. Защита приемников электроэнергии и электрических сетей________________199
.1. Основные сведения_________________________________________________199
.2. Защитные устройства электрических сетей и приемников электроэнергии___199
.3. Избирательность ( селективность ) защиты электрических сетей___________201
4. Сопротивление изоляции кабелей и проводов___________________________202
.1. Основные понятия _________________________________________________ 202
.2. Сопротивление изоляции кабелей и проводов. Виды изоляции_____________204
5. Измерение сопротивления изоляции ___________________________________205
.1. Измерение сопротивления изоляции СЭС, не находящегося
под напряжением_____________________________________________________205
.2. Индукторный мегаомметр типа М1101_________________________________205
.3. Безындукторный мегаомметр типа БМ-1 _______________________________206
.4. Правила измерения сопротивления изоляции____________________________207
.5. Измерение сопротивления изоляции кабелей и проводов_______________ 208
.6. Типы переносных мегаомметров______________________________________209
.7. Измерение сопротивления изоляции СЭО, находящегося под напряжением _209
.8. Автоматизированные методы контроля сопротивления изоляции__________210
.9. Автоматическая система диагностирования изоляции_________________213
6. Сушка электрических машин_________________________________________213
.1. Основные сведения_________________________________________________213
.2. Способы сушки электрических машин_________________________________214
.3. Сушка синхронных генераторов методом короткого замыкания____________214
.4. Сушка методом индукционного нагрева________________________________215
.5. Сушка обмоток электрических машин постоянным или однофазным пере-менным током________________________________________________________216
.6. Сушка электрических машин внешним нагреванием ____________________216
.7. Сушка электрических машин на основе электрокинетического эффекта ____217
7. Защита от помех радиоприему________________________________________217
.1. Источники помех__________________________________________________ 217
.2. Методы защиты от помех радиоприему________________________________217
8. Техническая эксплуатация судовых электрических сетей__________________218
.1. Особенности технической эксплуатации судовых электрических сетей______219
.2. Электробезопасность при обслуживании электрических сетей_____________219
.3. Пожарная безопасность при обслуживании электрических сетей___________221
Контрольные вопросы_________________________________________________222
7. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СЭЭС___________________________223
1. Системы управления СЭЭС___________________________________________223
.1. Классификация систем управления СЭЭС______________________________223
.2. Структурная схема системы управления СЭЭС__________________________223
.3. Система управления СЭЭС типа "Ижора-М"____________________________224
.4. Структура микропроцессорных систем управления СЭЭС_________________226
.5. Микропроцессорная СУ СЭЭС типа АSА-S_____________________________229
2. Надежность, диагностирование и прогнозирование технического состояния СУ СЭЭС_______________________________________________________________233
.1. Основные сведения_________________________________________________233
.2. Факторы, влияющие на надежность аппаратуры СУ СЭЭС________________235
.3. Связь надежности и условий работы СЭЭС. Способы повышения
надежности__________________________________________________________235
.4. Диагностирование и прогнозирование технического состояния СУ СЭЭС___235
.5. Характерные неисправности СУ СЭЭС________________________________237
.6. Техническая эксплуатация автоматизированных устройств _______________238
Контрольные вопросы_________________________________________________239
РАЗДЕЛ 2. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ_______ 241
2.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА _________________________ 241
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ________________________________________________________241
.1. Понятие „электрический привод”_____________________________________241
.2. Классификация электроприводов_____________________________________242
.3. Силы и моменты, действующие в системе электропривода _______________245
.4. Виды статических моментов_________________________________________ 245
.5. Приведение статических моментов к валу электродвигателя_______________246
.6. Режимы работы электроприводов_____________________________________ 247
.7. Механические характеристики электродвигателей_______________________ 248
.8. Механические характеристики исполнительных механизмов_____________ 252
.9. Изменение скорости электродвигателей________________________________253
.10. Саморегулирование электродвигателей _______________________________254
.11. Устойчивость работы электропривода________________________________254
.12. Влияние на устойчивость работы электродвигателя его эксплуатационных
свойств______________________________________________________________255
.13. Влияние на устойчивость работы электродвигателя колебаний напряжения питающей сети______________________________________________________ 257
.14. Способы повышения динамической устойчивости судовых
электроприводов_____________________________________________________ 259
ТОРМОЖЕНИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ. КОММУТАЦИОН-
НАЯ АППАРАТУРА _________________________________________________260
1. СПОСОБЫ ПУСКА, РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА_____________________________________ 260
1. Способы пуска электродвигателей постоянного тока_____________________260
.1. Основные сведения_______________________________________________ 260
.2. Прямой пуск______________________________________________________260
.3. Реостатный пуск___________________________________________________262
2. Способы регулирования частоты вращения электродвигателей
постоянного тока______________________________________________________263
.1. Основные сведения_________________________________________________263
.2. Регулирование скорости в системе «генератор двигатель» ( Г Д ) _______264
.3. Регулирование скорости в система двойного рода тока «управляемый
выпрямитель двигатель постоянного тока» (УВП-ДПТ)____________________266
3. Электрическое торможение двигателей постоянного тока_________________268
.1. Основные сведения_________________________________________________268
.2. Динамическое торможение двигателя параллельного возбуждения__________268
.3. Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока________________ 270
4. Реверс двигателей постоянного тока____________________________________271
.1. Основные сведения__________________________________________________271
.2. Реверс изменением направления тока в обмотке якоря____________________ 271
.3. Реверс изменением направления тока в параллельной обмотке возбуждения _271
СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА__________________________273
.1. Основные сведения ________________________________________________273
.2. Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей нормального исполнения _________________________________________________________273
.3. Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения _________________________________________________________273
.4. Реостатный пуск асинхронных двигателей с фазным ротором_____________275
.5. Пуск при пониженном напряжении на обмотке статора __________________276
2. Способы регулирования частоты вращения 3-фазных асинхронных
двигателей__________________________________________________________278
.1. Основные сведения________________________________________________278
.2. Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора.
Принцип получения разного числа пар полюсов___________________________279
.3. Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора.
путем переключением обмотки статора со «звезды» на «двойную звезду»_____280
.4. Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора.
путем переключением обмотки статора с «треугольника» на «двойную
звезду»______________________________________________________________281
3. Электрическое торможение асинхронных двигателей_____________________282
.1. Основные понятия___________________________________________________282
.2. Рекуперативное торможение асинхронных двигателей___________________282
.3. Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на
меньшую____________________________________________________________282
.4. Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза__________________284
3. КОММУТАЦИОННО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА СУДОВЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ____________________________________________________________286
1. Электрические аппараты_____________________________________________ 286
.1. Основные сведения _________________________________________________286
2. Командоаппараты___________________________________________________288
.1. Основные сведения_________________________________________________288
.2. Кнопочные посты управления________________________________________288
.3. Командоконтроллеры_______________________________________________ 289
.4. Конечные и путевые выключатели____________________________________ 291
3. Контроллеры______________________________________________________ 294
.1. Основные сведения_________________________________________________ 294
.2. Силовые контроллеры_______________________________________________294
4. Контакторы________________________________________________________296
.1. Основные сведения_________________________________________________ 296
.2. Классификация контакторов__________________________________________297
.3. Основные системы контакторов _____________________________________297
.4. Устройство и принцип действия контактора ___________________________ 297
.6. Изображение контактов______________________________________________300
.8. Катушки контакторов_______________________________________________ 301
.9. Короткозамкнутые витки____________________________________________302
.10. Дугогасительная система контакторов________________________________302
.11. Гашение дуги в дугогасительных камерах_____________________________304
.12. Гашение дуги в контакторах постоянного тока_________________________304
.13. Гашение дуги в контакторах переменного тока_________________________304
.1. Основные сведения_________________________________________________305
.2. Реле напряжения___________________________________________________305
.1. Основные сведения_________________________________________________306
.2. Промежуточное реле типа МКУ-48____________________________________306
7. Реле времени_______________________________________________________307
.1. Основные сведения_________________________________________________ 307
.4. Электромагнитные реле времени_____________________________________ 309
.5. Электронные реле времени__________________________________________310
.6. Пневматические реле времени_______________________________________310
.7. Графическое изображение контактов реле времени______________________311
8. Реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами
( герконы )___________________________________________________________312
.3. Температурные тепловые реле_______________________________________ 316
.4. Промышленные типы токовых электротепловых реле___________________ 317
.1. Основные сведения________________________________________________319
.2. Реле давления______________________________________________________319
.3 Реле скорости _____________________________________________________ 321
.4. Реле уровня________________________________________________________323
11. Тормозные устройства______________________________________________323
.1. Основные сведения_________________________________________________323
.2. Ленточные тормозные устройства_____________________________________324
.4. Колодочные тормозные устройства. Основные сведения _________________ 327
.5. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом _____________________ 327
.6. Колодочный тормоз с электрогидравлическим приводом _________________ 328
4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ САЭП. СИСТЕМА ЕСКД. ТИПОВЫЕ УЗЛЫ, СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ___________________________330
1. Системы управления САЭП__________________________________________330
.1. Основные сведения_________________________________________________330
.2. Элементная база систем управления___________________________________330
.3. Микропроцессорные системы управления электроприводами_____________331
.4. Структурная схема микропроцессорной системы управления электроприводом______________________________________________________332
.5. Архитектура микропроцессора________________________________________333
2. Единая система конструкторской документации ( ЕСКД ) _________________334
.1. Основные сведения_________________________________________________335
.2. Классификация групп ЕСКД_________________________________________335
.3. Система обозначений стандартов_____________________________________335
.4. Классификация и обозначение схем___________________________________336
.5. Краткая характеристика типов схем___________________________________ 336
.6. Условные графические изображения элементов электрических схем_______ 343
.7. Условные буквенно-цифровые обозначения элементов электрических схем_351
.8. Прочтение буквенно-цифровых обозначений элементов электрических схем_353
.9. Условные функциональные обозначения на аппаратуре всех видов ________354
3. Типовые узлы и схемы автоматического управления электроприводами_____362
.1. Стандартные защитные устройства электроприводов_____________________362
.2. Схема управления асинхронным двигателем с одного и двух постов
управления___________________________________________________________369
.3. Схема автоматического пуска асинхронного двигателя переключением со звезды на треугольник_______________________________________________________371
.4. Схема автоматического пуска асинхронного двигателя через пусковые резисторы в цепи обмотки статора_______________________________________373
.5. Схема автоматического пуска асинхронного двигателя через пусковые резисторы в цепи обмотки ротора_______________________________________374
4. Типовые комплектные устройства_____________________________________376
.1. Основные сведения_________________________________________________376
.2. Реостаты__________________________________________________________377
.3. Магнитные пускатели_______________________________________________377
.4. Станции управления и магнитные контроллеры_________________________ 381
Контрольные вопросы_________________________________________________382
2. 3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ____________________385
1. Рулевые электроприводы_____________________________________________385
1.1. Общая характеристика _____________________________________________385
1.2. Принцип действия руля_____________________________________________386
1.3. Состав рулевого электропривода_____________________________________368
1.4. Классификация рулевых электроприводов_____________________________388
2. Электромеханические передачи _________________________________________390
3. Электрогидравлические передачи_____________________________________391
.1. Основные сведения_________________________________________________391
.2. Насосы гидравлических рулевых машин_______________________________ 392
.3. Насосы постоянной подачи__________________________________________392
.4. Насосы переменной подачи _________________________________________393
.5. Рулевые машины с насосом постоянной подачи_________________________398
.6.Рулевые машины с насосами переменной подачи________________________399
.7. Плунжерные рулевые машины_______________________________________399
.8. Лопастные рулевые машины________________________________________ 401
.9. Поршневые машины с качающимися цилиндрами______________________403
4. Механизмы управления насосами постоянной подачи____________________404
.1. Дроссельный механизм с управляющими электромагнитами______________404
.2. Дроссельный механизм с электромашинным приводом__________________405
5. Механизмы управления насосами переменной подачи____________________406
.1. Основные сведения_________________________________________________406
.2. Механизм управления НПП типа ИМ-1 _______________________________406
.3. Механизм управления НПП с рычажным дифференциалом ______________407
.4. Механизм управления НПП с кулачковым дифференциалом______________408
.5. Гидравлические и комбинированные механизмы управления НПП________409
6. Исполнительные устройства систем управления гидравлических
рулевых машин_______________________________________________________410
.1. Основные сведения_________________________________________________410
.2. Серводвигатели____________________________________________________411
.3. Электромагнитные муфты___________________________________________412
.4. Нулевые установители______________________________________________412
7. Приводные электродвигатели насосов постоянной и переменной подачи____413
8. Нагрузочные диаграммы рулевых электроприводов______________________413
9. Структурные схемы управления судов с использованием электромеха
нического и электрогидравлического рулевых приводов___________________413
.1. Основные сведения ______________________________________________ 415
.2. Структурная схема простого управления рулевым электроприводом_________415
.3. Структурная схема следящего управления рулевым электроприводом_______416
10. Виды управления рулевыми электроприводами_________________________419
11. Требования Конвенции SOLAS-74 и Правил Регистра к РЭП _____________421
.1. Основные определения______________________________________________421
.2. Основные требования к рулевым электроприводам______________________421
.3. Основные требования к авторулевым__________________________________423
12. Системы управления рулевыми электроприводами______________________424
.1. Основные сведения_____________________________________________424
.2. Система простого управления секторным рулевым электроприводом_______424
12.3. Система следящего управления гидравлическим рулевым приводом _____428
12.4. Система автоматического управления рулевым электроприводом__________438
13. Электроприводы специального назначения_____________________________440
13.1. Основные сведения_______________________________________________440
13.3. Успокоители качки_______________________________________________441
14. Техническая эксплуатация рулевых электроприводов______________446
14.1. Подготовка рулевого и подруливающего устройств и авторулевого
перед выходом в рейс___________________________________________446
14.2. Техническое использование рулевого устройства____________________447
14.3. Техническое использование авторулевого _______________________________447
14.4. Техническое обслуживание рулевого привода ________________________448
Контрольные вопросы_______________________________________________________449
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СУДОВЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ________________450
.1. Судовые нагнетатели_______________________________________________450
.1. Общая характеристика_____________________________________________ 450
.2. Классификация ____________________________________________________451 .3. Основные параметры _______________________________________________452
.1. Общая характеристика _____________________________________________452
.2. Рабочие характеристики нагнетателей________________________________453
.3. Характеристика сопротивления нагнетательной системы________________454
.4. Совместная работа нагнетателей_____________________________________456
.5. Влияние скорости на мощность электродвигателя центробежного
нагнетателя__________________________________________________________ 458
3. Устройство, принцип действия, эксплуатация судовых нагнетателей_______460
.1. Центробежные насосы______________________________________________460
.2. Поршневые насосы_________________________________________________461
.3. Осевые ( пропеллерные ) насосы______________________________________463
.4. Ротационные насосы________________________________________________465
.5. Выбор электродвигателей для насосов_________________________________467
.6. Судовые вентиляторы_______________________________________________468
.7. Компрессоры______________________________________________________469
.8. Практические формулы для расчета мощности насосов, вентиляторов и компрессоров________________________________________________________ 473
.9. Требования Правил Регистра к электроприводам насосов и вентиляторов___ 475
4. Системы управления электроприводами нагнетателей____________________476
.1. Основные сведения_________________________________________________476
.2. Схема автоматического управления электроприводом центробежного санитарного насоса ___________________________________________________476
.3. Схема автоматического управления электроприводом осушительного
насоса_______________________________________________________________480
.4. Схема автоматического управления и резервирования электроприводами насосов машинного отделения__________________________________________484
.5. Схема автоматического управления электроприводом компрессора пускового воздуха______________________________________________________________487
.6. Бесконтактные схемы управления электроприводами нагнетателей ________491
5. Техническая эксплуатация судовых нагнетателей________________________499
2.5. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫХ УСТРОЙСТВ____________501
1. Назначение ________________________________________________________501
2. Классификация _____________________________________________________502
3. Рабочий механизм __________________________________________________502
4. Устройство ЯШУ___________________________________________________502
.1. Брашпили_________________________________________________________502
.2. Якорно-швартовные лебедки_________________________________________504
.3. Шпили____________________________________________________________504
.4. Швартовные лебедки________________________________________________505
5. Количественные характеристики ЯШУ _________________________________505
6. Виды управления ЯШУ______________________________________________505
7. Особенности работы ЯШУ___________________________________________506
8. Нагрузочные диаграммы ЯШУ________________________________________506
.1. режим подъема одного якоря_________________________________________506
.2. режим подъема двух якорей_________________________________________ 507
.3. швартовный режим_________________________________________________507
9. Характеристики якорного и швартовного снабжения судов________________508
.1. характеристика якорного снабжения __________________________________508
.2. характеристика швартовного снабжения _______________________________508
10. Требования Правил Регистра к якорным и швартовным механизмам_______509
11. Системы управления ЯШУ__________________________________________510
.1. Рекомендации по выбору систем управления ЯШУ______________________ 510
.2. Система управления ЯШУ с 3-скоростным асинхронным электродвигателем____________________________________________________ 510
.3. Система управления ЯШУ по системе «генератор-двигатель»_____________513
.4. Система управления ЯШУ на переменном токе_________________________ 520
.5. Система управления ЯШУ фирмы «Сименс»___________________________ 524
.6. Система дистанционной отдачи якоря_________________________________ 528
12. Техническая эксплуатация электроприводов ЯШУ______________________ 535
Контрольные вопросы_________________________________________________536
2.6. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ_______537
1. Основные сведения_________________________________________________537
2. Устройство ГПМ___________________________________________________539
.1. грузовая стрела____________________________________________________539
.2. грузовая лебедка___________________________________________________539
.3. грузовые краны____________________________________________________540
.1. при работе одной лебедки___________________________________________ 541
.2. при работе двух лебедок на один гак___________________________________542
.3. механизмов грузового крана__________________________________________543
переменного тока_____________________________________________________546
8. Пуско-регулирующая аппаратура электроприводов ГПМ________________547
9. Защитные устройства электроприводов ГПМ___________________________549
.1. Основные свдения__________________________________________________549
.2. ЗУ от токов короткого замыкания_____________________________________549
.3. ЗУ от токов перегрузки______________________________________________549
.4. ЗУ по снижению напряжения_________________________________________550
10. Тормозные устройства______________________________________________550
.1. Основные сведения ________________________________________________ 550
.2. Ленточные устройства______________________________________________551
.3. Дисковые устройства_______________________________________________ 552
.4. Колодочные устройства_____________________________________________554
.1. Схема управления механизмом подъема _______________________________ 557
.2. Схема управления механизмом поворота_______________________________569
.3. Схема управления механизмом изменения вылета стрелы_________________576
12. Системы управления электрогидравлическими палубными кранами_______ 581
.1. Основные сведения_________________________________________________581
.2. Характеристики и устройство кранов _________________________________ 583
.3. Управление приводами гидравлических кранов. Станции управления_______585
.4. Гидросхемы электрогидравлических кранов____________________________586
.5. Гидросхема гидравлического крана Либхер_____________________________589
.6. Основные машины электрогидравлических кранов_______________________592
.7. Механизм поворота_________________________________________________ 593
.8. Подвеска каната____________________________________________________594
.9. Поворотная опора крана _____________________________________________569
.10. Привод насосов крана______________________________________________ 595
.11. Дисковый гидравлический тормоз ___________________________________ 595
.12. Лебедка крана Либхер______________________________________________596
.13. Редуктор привода насосов крана Либхер______________________________596
.14. Системы управления электрогидравлическими кранами_________________598
.15. Механическая система управления___________________________________598
.16. Электрическая система управления гидравлическим краном типа КЭГ ____600
13. Техническая эксплуатация ГПМ _____________________________________605
.1. Обеспечение надежности и безотказности электрогидравлических кранов __605
.2. Мероприятия по поддержанию качества масла гидравлических кранов _____606
.4. Техническое обслуживание электрогидравлических кранов _______________607
14. Системы управления судовыми подъемниками_________________________609
15. Бесконтатные системы управления электроприводами ГПМ______________ 613
.1. Основные сведения _________________________________________________613
.2. Тиристорные коммутаторы __________________________________________613
.3. Блок контроля исправности тиристоров _______________________________ 615
.4. Особенности построения схем на тиристорных коммутаторах_____________ 616
.5. Бесконтактная система управления электроприводом грузовой лебедки _____617
16. Техническое обслуживание электроприводов ГПМ _____________________ 622
Контрольные вопросы_________________________________________________625
РАЗДЕЛ 3. ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ_____628
1. Классификация ГЭУ________________________________________________628
2. ГЭУ постоянного тока_______________________________________________628
.1. Основные сведения_________________________________________________628
.2. Схемы включения генераторов и гребных электродвигателей______________628
.3. Принципиальная схема дизельной ГЭУ________________________________ 629
3. ГЭУ переменного тока_______________________________________________631
.1. Типы гребных электродвигателей_____________________________________631
.2. Уровень напряжений ГЭУ переменного тока____________________________631
.3. Способы регулирования скорости гребных электродвигателей_____________631
.4. Реверс ГЭУ________________________________________________________632
.5. Структурные схемы ГЭУ переменного тока_____________________________632
.6. Принципиальная схема одновальной ТЭГУ переменного тока_____________632
4. ГЭУ двойного рода тока______________________________________________633
.1. Основные сведения_________________________________________________633
.2. Структурная схема ГЭУ двойного рода тока с неуправляемыми
выпрямителями_______________________________________________________633
.3. ГЭУ двойного рода тока с ВРШ______________________________________635
.4. Сравнение эксплуатационных свойств ГЭУ двойного рода тока с ГЭУ постоянного тока _____________________________________________________635
5. Техническая эксплуатация ГЭУ_______________________________________635
.1. Основные сведения_________________________________________________635
.2. Обслуживание ГЭУ_________________________________________________636
.3. Подготовка ГЭУ к работе____________________________________________636
.4. Опробование ГЭУ в работе___________________________________________637
.5. Наблюдение за работой ГЭУ при несении вахты_________________________637
Контрольные вопросы_________________________________________________637
РАЗДЕЛ 4. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ _____________________639
.1. Основные сведения_________________________________________________639
.2. Функции измерительных систем______________________________________639
.3. Обобщенная структурная схема ИИС__________________________________639
.4. Классификация СИИС по назначению _________________________________640
.5. Классификация СИИС по построению_________________________________641
.6. Принцип действия СИИС____________________________________________642
2. Интегрированная система управления и контроля GEAMAR 100 ISL. _______642
.1.Основные сведения__________________________________________________642
.2. Структура системы _________________________________________________644
.3. Главная станция____________________________________________________644
.4. Локальные станции и интерфейсы_____________________________________645
.5. Управление главной станцией, размещение информации на мониторе____________________________________________________________645
.6. Рабочая панель ВАТ-415 локальной станции __________________________ 647
.7. Дежурная система сигнализации ВАА-40_______________________________649
.8. Рабочая панель ВАТ-425 в ЦПУ ( на мостике )__________________________ 650
.9. Функции панели ВАТ-426 в каютах механиков и в служебных помещениях__651
3. СИИС типа «Шипка-М»______________________________________________652
.1. Общая характеристика_______________________________________________652
.2. Структурная схема__________________________________________________653
4. Системы автоматического измерения, регистрации и управления сбросом нефтепродуктов______________________________________________________ 655.
.1. Основные сведения_________________________________________________655
.2. Система сепарации и контроля трюмно-балластных вод типа СК-10________655
.3. Система измерения и контроля чистоты трюмно-балластных вод
типа БВАМ__________________________________________________________656
Контрольные вопросы_________________________________________________658
РАЗДЕЛ 5. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ, УПРАВЛЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ________________660
.1. Основные сведения_________________________________________________660
.2. Судовая телефонная связь. Основные сведения, классификация
систем телефонной связи ______________________________________________660
.3. Виды систем судовой служебной телефонной связи______________________661
.4. Система прямой ( парной ) телефонной связи___________________________ 661
.5. Система судовой телефонной связи с командным коммутатором___________662
.6. Система судовой автоматической телефонной связи_____________________663
.1. Основные сведения_________________________________________________666
.2. Устройство и принцип действия сельсинов_____________________________666
.3. Принцип действия системы синхронной связи___________________________667
.4. Машинные телеграфы_______________________________________________668
.5. Котельный и рулевой телеграфы______________________________________670
.6. Указатели положения пера руля_______________________________________670
.1. Основные сведения_________________________________________________673
.2. Датчики-извещатели пожара_________________________________________ 673
.3. Автоматические биметаллические пожарные извещатели_________________674
.4. Ртутные термометры с электрическими контактами______________________675
.5. Дымовые ( ионизацилнные ) пожарные извещетели______________________675
.6. Извещатели пламени________________________________________________675
.7. Схема пожарной сигнализации_______________________________________676
6. Трюмная сигнализация______________________________________________677
7. Тахометры_________________________________________________________677
.1. Основные сведения_________________________________________________677
.2. Тахометры вольтметрового типа______________________________________677
.3. Индукционные тахометры___________________________________________679
.1. Требования Правил Регистра к машинным электрическим телеграфам_____679
.2. Правила технической эксплуатации машинных телеграфов_______________680
.3. Требования Правил Регистра к служебной телефонной связи_____________681
.4. Требования Правил Регистра к авральной сигнализации _________________682
.5. Правила технической эксплуатации систем служебной телефонной связи и авральной сигнализации________________________________________________683
.6. Требования Правил Регистра к сигнализации обнаружения пожара________683
.7. Требования Правил Регистра к сигнализации предупреждения о пуске
системы пожаротушения_______________________________________________ 684
.8. Требования Правил Регистра к ручным извещателям пожарной
сигнализации_________________________________________________________685
.9. Требования Правил Регистра к системам дымной сигнализации___________686
.10. Визуальные сигналы обнаружения пожара____________________________686
.11. Правила технической эксплуатации систем сигнализации обнаружения
пожара и систем сигнализации о пуске системы объемного пожаротушения___ 688
Контрольные вопросы_________________________________________________688
РАЗДЕЛ 6. СУДОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ__________________692
.1. Классификация источников__________________________________________693
.2. Лампы накаливания_________________________________________________693
.3. Люминисцентные лампы низкого давления_____________________________694
.4. Люминисцентные лампы высокого давления____________________________695
.5. Схемы включения люминисцентных ламп______________________________696
.6. Светильники и прожекторы__________________________________________698
.7. Судовые светильники_______________________________________________698
.8. Судовые прожектора________________________________________________700
.1. Методы расчета электрического освещения____________________________702
.2. Расчет освещения методом удельной мощности_________________________702
.1. Основные сведения_________________________________________________702
.2. Коммутаторы сигнально-отличительных фонарей, классификация_________703
.3. Контактный коммутатор сигнально-отличительных фонарей______________704
.4. Бесконтактный коммутатор сигнально-отличительных фонарей___________704
.1. Основные сведения_________________________________________________706
.2. Приборы сопротивления____________________________________________ 706
.3. Индукционные нагревательные приборы_______________________________708
.4. Радиационные нагревательные приборы_______________________________708
.1. Общие требования Правил Регистра к электрическому освещению_________708
.2. Требования Правил Регистра к питанию сетей основного освещения________708
.3. Требования Правил Регистра к аварийному освещению___________________709
.4. Требования Правил Регистра к сигнально-отличительным фонарям_________709
.5. Правила технической эксплуатации судового электрического освещения____710
.6. Общие требования Правил Регистра к электрическим нагревательным и отопительным приборам_______________________________________________712
.7. Требования Правил Регистра к отопительным приборам__________________713
.8. Требования Правил Регистра к нагревательным устройствам для
топлива и масла_______________________________________________________713
Контрольные вопросы_________________________________________________714
РАЗДЕЛ 7. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВО-
ГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ____________________________716
1. Правила технической эксплуатации судового электрооборудования_________716
.1. Общие положения Правил __________________________________________716
.2. Содержание судового электрооборудования в постоянной готовности к действию____________________________________________________________717
.3. Обслуживание судового электрооборудования в действии.________________717
оборудования________________________________________________________718
.1. Основные положения_______________________________________________718
.2. Причины и факторы поражения электрическим током____________________720
.3. Электрические травмы______________________________________________721
.4. Оказание первой помощи пострадавшему от поражения электрическим
током_______________________________________________________________ 722
.5. Способы искусственного дыхания_____________________________________723
.6. Непрямой массаж сердца____________________________________________725
3. Мероприятия по защите персонала от поражения электрическим током______726
.1. Организационно-профилактические мероприятия________________________726
.2. Конструктивные мероприятия________________________________________ 728
4. Пожарная безопасность при эксплуатации судового электрооборудования___729
Контрольные вопросы_________________________________________________730
Список литературы____________________________________________________731
Содержание _________________________________________________________ 732