Лекция 3
Судовые электроприводы. Аппаратура управления электроприводами.
Введение
Производственные агрегаты состоят из большого количества, отдельных машин аппаратов и деталей, выполняющих различные функции. Все части агрегатов в совокупности совершают работу, которая обеспечивает какой-либо производственный процесс. Любой производственный агрегат или машинное устройство состоит из трёх основных частей: двигателя (служит для получения механической энергии), передаточного механизма (служит для передачи механической энергии от двигателя) и исполнительного механизма, выполняющего производственный процесс (крыльчатка вентилятора, барабан лебёдки, брашпиль и т.д.) [1]. Исполнительный механизм так же называют рабочим органом.
Первые два элемента сложного производственного агрегата служат для приведения в движение исполнительного механизма, поэтому их объединяют под общим названием привод.
Примером первого, простейшего привода является ручной привод (человек рукой приводил в движение устройство для совершения полезной работы), затем появился конный привод (усилие человека заменено тяговой силой животного). На смену им пришёл механический привод, в котором механическая энергия передавалась от ветряного, водяного колеса, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания.
В настоящее время для приведения в движение большинства рабочих машин применяется электрический двигатель и основным типом привода является электрический привод или электропривод.
В настоящее время обеспечивается автоматическое управление электроприводами с использованием современной полупроводниковой техники. По мере развития судовых электроприводов наблюдается переход от автоматизации отдельных операций к комплексной автоматизации судовых энергетических систем. В системы управления электроприводом все чаще включаются вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполняемые человеком.
Определение и классификация электроприводов
Электропривод – это управляемая электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую и наоборот.
Электропривод состоит из преобразовательного устройства, электродвигателя, механической передачи и управляющего устройства, а его функциональная схема может быть представлена в следующем виде (рис. 1).
Рис. 1. Функциональная схема электропривода
Преобразовательное устройство предназначено для преобразования вида электроэнергии (переменного тока в постоянный или наоборот) и ее регулирования (электромашинные, тиристорные, частотные и другие преобразователи). Оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.
В качестве преобразовательных устройств используются:
1. для преобразования рода тока – выпрямители, преобразующие переменный ток в постоянный;
2. для преобразования напряжения – трансформаторы, преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;
3. для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.
4. для преобразования напряжения – инверторы, преобразующие постоянное напряжение в переменное регулируемой амплитуды и частоты
Выпрямители
На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в основном на судах старой постройки):
1. якорно – швартовные механизмы – брашпили;
2. грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;
3. гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.
Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.
Трансформаторы
Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.
Преобразователи частоты
На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.
Электродвигатель выполняет роль электромеханического преобразователя, преобразуя подводимую к нему электрическую энергию в механическую. Электродвигатели делятся на машины постоянного и переменного тока.
Механическая передача предназначена для преобразования параметров движения (уменьшения, увеличения частоты вращения, преобразование вращательного движения в поступательное и т. д.). К этим устройствам относятся: редукторы, коробки передач, цепные, ременные, винтовые передачи, барабан с тросом, передача винт-гайка, кривошипно-шатунный механизм и т. д.
Управляющее устройство представляет собой систему управления электроприводом, обеспечивающую ему достаточную степень управляемости и регулирования основных параметров движения.
Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командо контроллера (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 управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).
При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.
В составе электропривода могут отсутствовать преобразовательное устройство (двигатель питается непосредственно от сети), или механическая передача (у вентилятора крыльчатка насажена на вал двигателя).
Рис. 2. Схема электрогидравлического рулевого привода
Защиту электропривода от коротких замыканий осуществляет автоматический выключатель QF1, а во вспомогательных цепях предохранители FU1 и FU2. Для контроля возможных перегрузок электропривода использованы тепловые реле КК1, КК2, работающие на промежуточное реле КП, которое своим нормально-замкнутым контактом включает световую лампу HL2 и звуковую сигнализацию – ревун РВ. Сигнализацию о подаче питания в схему управления обеспечивает лампа HL1.
Рис 3. Схема электропривода переменного тока
при управлении с помощью кулачкового контроллера
Работа на большой скорости ограничивается сравнительно небольшими нагрузками. Чтобы не допустить перегрузки, в схеме предусмотрено тепловое реле КК5, имеющее номинальный ток на одну ступень ниже тока обычной тепловой защиты. При срабатывании реле КК5 катушка контактора КМ1 размыкается и двигатель переключается с большей частоты вращения на среднюю.
Чтобы исключить звонковое включение обмотки большой скорости при перегрузке, катушка контактора КМ1 включается на промежуточном третьем положении, а на четвертом рабочем положении катушка питается через блок-контакты КМ1. Защита контроллера – типовая, с помощью автоматического выключателя QF1 и тепловых реле КК1 – КК4. При необходимости работы привода в условиях тепловой перегрузки двигателя контакты тепловых реле шунтируются кнопкой SB.
Рис. 4. Схема электропривода грузовой лебедки
Рис. 5. Механические характеристики электропривода
Таким образом, разгон двигателя происходит по трем механическим характеристикам, последовательно проходя через точки 0–1–2–3–4–5.
Остановка электропривода производится нажатием кнопки стоп SBС.
Основные объекты управления
Вспомогательные механизмы могут быть классифицированы по назначению и по принципу действия.
По назначению они разделяются на две основные группы: механизмы судовых силовых установок и механизмы систем.
К механизмам, обеспечивающим работу судовых силовых установок, относятся:
1) конденсаторные или воздушные насосы для создания вакуума в конденсаторе паровой турбины и удаления из него конденсата;
2) циркуляционные насосы для подачи охлаждающей воды в конденсатор;
3) охлаждающие насосы для подачи забортной воды с целью охлаждения цилиндров и крышек главных двигателей внутреннего сгорания, крышек компрессоров, подшипников и т. д.;
4) котельно-питательные насосы для подачи воды в котел из теплового ящика или из запасных цистерн котельно-питательной воды;
5) топливные и нефтеперекачивающие насосы для подачи топлива из основных цистерн в расходные;
6) насосы для подачи масла к трущимся частям двигателя с целью охлаждения поршней двигателя и заполнения масляных расходных цистерн;
7) вентиляторы для поддержания необходимой температуры и требуемого количества воздуха в машинных отделениях и других служебных помещениях;
8) вентиляторы для обеспечения работы котлов;
9) вентиляторы для охлаждения отдельных механизмов;
10) воздуходувки для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания и др.
К вспомогательным механизмам систем относятся:
1) пожарные насосы для обеспечения водой противопожарных систем (в ряде случаев они используются в качестве балластных или трюмных насосов);
2) осушительные насосы для удаления воды из тех отсеков судна, куда она попадает систематически;
3) балластные насосы для обеспечения водой противопожарных систем (в ряде случаев они используются в качестве резервных насосов противопожарной и санитарной систем);
4) трюмные насосы для удаления воды из форпиков и ахтерпиков, грузовых трюмов, трюмов машинно-котельного отделения и коридоров гребных валов;
5) санитарные насосы для подачи пресной воды из запасных цистерн в расходные;
6) вентиляторы для удаления вредных и взрывоопасных газов из грузовых трюмов;
7) воздуходувки и компрессоры для обеспечения общих нужд судна.
По принципу действия насосы подразделяются на:
1) объемные,
2) лопастные центробежные и
3) центробежные осевые.
Механизмы для перемещения воздуха и газа в зависимости от величины напора Н или сопротивления, которое должен преодолеть механизм, подразделяются на вентиляторы (если напор Н<1,5∙104 Н/м2); воздуходувки с напором Н от 1,5∙104 до (20–30)∙104 Н/м2 и компрессоры [если напор Н>(20–30)∙104 Н/м2].
Рис. 6. Схема автоматического пуска двигателя в функции давления
В связи с развитием систем автоматического управления появились схемы управления электроприводами, предназначенные для дистанционного автоматического управления регулируемыми и исполнительными органами от измерительного устройства того или иного типа.
Электроприводы могут использоваться в регуляторах давления для поддержания величины давления регулируемой среды. В системах регулирования котельных установок они применяются в регуляторах, управляющих подачей топлива и воздуха. Эти же электроприводы могут быть применены для поддержания заданной величины разрежения регулируемой среды, перемещения регулирующего органа на величину, пропорциональную изменениям параметров измерительного устройства.
На рис.7 в качестве примера приведена схема электропривода, которая обеспечивает возможность дистанционного (положение Д) управления с помощью кнопок открытия SBО и закрытия SBЗ и автоматического управления (контакты КАЗ) от измерительного устройства положением рабочего органа. Выбор режима управления осуществляется переключателем SA.
В автоматическом режиме (положение А) при достижении предельного положения исполнительного механизма система автоматически отключается при помощи контактов конечных выключателей КВО, КВЗ и контакторов «Открыть» (КМО) и «Закрыть» (КМ3). Электроприводы работают кратковременно, на время нажатия кнопки или автоматического замыкания контактов по принципу «открыть», «закрыть», «приоткрыть».
Рис. 7. Схема электропривода с регулированием положения
Лекция 3
Судовые электроприводы. Аппаратура управления электроприводами.
Введение
Производственные агрегаты состоят из большого количества, отдельных машин аппаратов и деталей, выполняющих различные функции. Все части агрегатов в совокупности совершают работу, которая обеспечивает какой-либо производственный процесс. Любой производственный агрегат или машинное устройство состоит из трёх основных частей: двигателя (служит для получения механической энергии), передаточного механизма (служит для передачи механической энергии от двигателя) и исполнительного механизма, выполняющего производственный процесс (крыльчатка вентилятора, барабан лебёдки, брашпиль и т.д.) [1]. Исполнительный механизм так же называют рабочим органом.
Первые два элемента сложного производственного агрегата служат для приведения в движение исполнительного механизма, поэтому их объединяют под общим названием привод.
Примером первого, простейшего привода является ручной привод (человек рукой приводил в движение устройство для совершения полезной работы), затем появился конный привод (усилие человека заменено тяговой силой животного). На смену им пришёл механический привод, в котором механическая энергия передавалась от ветряного, водяного колеса, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания.
В настоящее время для приведения в движение большинства рабочих машин применяется электрический двигатель и основным типом привода является электрический привод или электропривод.
В настоящее время обеспечивается автоматическое управление электроприводами с использованием современной полупроводниковой техники. По мере развития судовых электроприводов наблюдается переход от автоматизации отдельных операций к комплексной автоматизации судовых энергетических систем. В системы управления электроприводом все чаще включаются вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполняемые человеком.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 1046.
