2.4. Кинематические схемы судовых электроприводов

2.4.1. Кинематическая схема брашпиля. Механическая часть электропривода брашпиля состоит из электродвигателя ЭД (рис. 2.13), спаренного с валом червячного редуктора ЧР посредством эластичной муфты СМ. Червячное колесо ЧР жестко насажено на вал совместно с цилиндрической шестерней, которая находится в зацеплении с шестерней второго вала.

На втором валу жестко посажены два швартовных барабана ШБ и две цилиндрические шестерни, от которых приводятся во вращение кулачковые муфты КМ, осуществляющие жесткую связь со звездочками ЗВ. На валу каждой звездочки устанавливается ленточный электромагнитный тормоз ЭТ, которым фиксируется положение вытравленной якорной цепи и удерживается якорь в поднятом состоянии.

2.4.2. Кинематическая схема электропривода грузовой лебедки. Механическая часть электропривода грузовой лебедки состоит из электродвигателя ЭД (рис. 2.14), который через эластичную муфту СМ соединен с валом редуктора. На валу устанавливается ленточный электромагнитный тормоз ЭТ, которым фиксируется положение грузов и удерживается груз в поднятом состоянии. На втором валу жестко посажены два швартовных барабана ШБ и грузовой барабан ГБ, от которых приводятся во вращение кулачковые муфты КМ.

Рис. 2.13. Кинематическая схема электропривода брашпиля

Рис. 2.14. Кинематическая схема электропривода грузовой лебедки

Рис. 2.15. Кинематическая схема секторной рулевой машины

2.4.3. Кинематическая схема секторной рулевой машины. Рабочий орган секторной рулевой машины состоит из электродвигателя 1 (рис. 2.15), посредством эластичной муфты 9 соединенного с червяком 2, находящимся в зацеплении с сектором 3. К радиусам сектора с помощью тяг 4 присоединяются амортизаторы 5, которые обеспечивают сглаживание динамических ударов волн о перо руля 6. Перо руля находится в жестком зацеплении с баллером руля 7. Центром вращения румпеля является баллер сектора 8.

2.5. Расчет и выбор резисторов для схем электропривода

2.5.1. Общие понятия. Электрический аппарат управления, состоящий из активных сопротивлений и коммутирующего устройства, осуществляющего плавное или ступенчатое измене­ние величины включаемых сопротивлений под током, называется .реостатом.

В зависимости от назначения различают следующие основные виды реостатов:

• пусковые, предназначенные для пуска электродвигателей постоянного тока с параллельным и смешанным возбуждением и асинхронных двигателей с фаз­ным ротором;

• пускорегулировочные, служащие для пуска и регулирования частоты вращения электродвигателей;

• регулировочные, которые регулируют силу тока или падение на­пряжения в электрических цепях;

• реостаты возбуждения (регуляторы возбуждения), используемые для регулирования возбуждения электрических машин.

В свою очередь различают регуляторы возбуждения генераторов и регуляторы частоты вращения электродвигатетелей.

Резистором называется электрическое устройство, предназначенное для по­глощения электрической энергии путем превращения ее в тепловую.

Резисторы бывают:

• пусковые и тормозные, служащие для ограничения пускового или тормозного тока электродвигателя или поддержания его на заданном уровне;

• добавочные и балластные, которые снижают часть напряжения сети или поглощают часть энергии;

• экономические, уменьшающие тепловые потери в катушке электромагнитного аппарата или в обмотке возбуждения электрической машины;

• разрядные, предназначенные для уменьшения перенапряжения на катушке напряжения электромагнитного аппарата или в обмотке возбуждения элек­трической машины при отключении;

• нагрузочные, регулирующие нагрузку электрических генераторов;

• нагревательные, нагревающие окружающую среду;

• установочные, используемые для установлений величины тока или падения напряжения в приемнике электроэнергии.

По своим техническим данным реостаты различаются:

• по номинальному току — до 200 А (пусковые и пускорегулировочные) и до 40 А (регулировочные и регуляторы возбуждения);

• по номинальному напряжению — до 220 В постоянного тока (пусковые, пуско­регулировочные и регулировочные) и до 500 В постоянного тока (регуляторы воз­буждения);

• по числу ступеней: пусковые — от 4 до 12, регулировочные — от 10 до 20;

• по электрической защите: без защиты, е нулевой защитой и с максимальной защитой;

• по мощности электродвигателя, для которого они предназначены;

• по числу полей сопротивления;

• по исполнению: защищенные, брызгозащищенные и водозащищенные.

В судовых реостатах пусковые ступени сопротивлений рассчитываются по теп­ловому режиму на два пуска подряд с паузой между пусками, равной двойному времени пуска. Применяются реостаты пуско­вые (серий РП, РЗП и РВП), пускорегулировочные (серии РЗР), возбуждения (серий РВ и РЗВ) и регулировочные (серии Р).

Элементы резисторов бывают следующих видов: бескаркасные, трубчатые, рамочные и чугунные. Преимущественное распространение на судах по­лучили трубчатые и рамочные резисторы.

Резисторы различаются по величине сопротивления, по предельной силе тока, объемной мощности и по исполнению оболочек.

Выбор резисторов связан с назначением и характером работы их в данной схеме. Производят расчет сопротивления резистора, в результате которого находят вели­чину сопротивления (Ом) и ток нагрузки с учетом режима его работы, который может быть длительным, кратковременным или повторно-кратковременным. На осно­вании полученных основных параметров выбирают резисторы по техническим усло­виям, каталогам, справочникам. При этом учитывают конструктивные особенности различных элементов резисторов, определяющие возможность встраивания их в тот или иной аппарат. Как правило, при небольших рассеиваемых мощностях, измеряе­мых десятками и сотнями ватт, применяют трубчатые резисторы. В более мощных установках целесообразны рамочные элементы резисторов.

2.5.2. Расчет сопротивлений ступеней резисторов и выбор ящиков резисторов для электроприводов. Определение сопротивлений ступеней резисторов производится по результатам расчета механических характеристик электропривода. При этом сопротивления ступеней определяются в абсолютных единицах (Ом) или в. процентах номинального сопротивления. Для главной цепи электропривода номинальное сопротивление равно, как известно, отношению номинального напряжения к номинальному току двигателя. Расчетное значение тока в ступени также вычисляется при расчете механических характеристик и принимается равным наибольшему установившемуся току в ступени при любых возможных интервалах изменения статической нагрузки от холостого хода до номинальной. Для типовых схем электроприводов омическая и токовая разбивка ступеней резисторов рассчитываются при построении механических характеристик. Режим работы резистора — длительность непрерывного включения или его относительная продолжительность — определяются условиями использования электро­оборудования.

При повторно-кратковременном режиме работы электропривода относитель­ная продолжительность включения ступеней резисторов складывается из относительной продолжительности включения при регулировании _Р, составляющей 10 – 15 %, и относительной продолжительности включения пуско-тормозных режимов _П.Т. Величина _П.Т может быть определена по формуле

,

где Р_Н – номинальная мощность двигателя; — конечная частота вращения при разгоне; — число пусков и торможений в час; и — маховой момент суммарный и двигателя.

Для нерегулируемых электроприводов относительная продолжительность включения определяется только величавой _П.Т.

При кратковременном режиме определяется суммарная продолжительность включения резистора за период работы электропривода. Могут быть рекомен­дованы следующие продолжительности включения резисторов:

• для электро­приводов подъема кранов и лебедок:

• 3 — 4 мин при скорости подъема 0,2 м/с;

• 2 — 3 мин при скорости подъема 0,5 м/с;

• 1 — 2 мин при скорости подъема 1,0 м/с;

• для электроприводов механизмов поворота и перемещения кранов: 1,0 — 1,5 мин;

• для электроприводов лифтов и транспортеров 1,0 мин;

• для электро­приводов промысловых механизмов 5 — 15 мин;

• для электроприводов траловых лебедок 5 — 15 мин;

• для электроприводов якорно-швартовных механизмов 3,0 мин.

Мощность, рассеиваемая ступенью резистора в кратковременном режиме, определяется выражением

,

где — номинальный ток электропривода, А; — номинальное напряжение, В; — сопротивление ступени резистора, % номинального; — ток ступени резистора, % номинального. Ток рассчи­тывается как ток установившегося режима по механическим характеристикам, либо в переходных режимах его можно определить из условия линейного измене­ния во времени:

,

где и - соответственно начальный и конечный токи режима.

Выбор типа ящика для кратковременного режима использования произво­дится по суммарной рассеиваемой мощности всех ступеней резисторов с учетом рекомендуемых интервалов токов и всех возможных режимов работы. После выбора типа ящика определяется часть его объема, занимаемая каждой ступенью, в долях от общего объема по формуле

,

где Р_Я — мощность выбранного ящика при требуемом времени включения. Для проверки правильности выбора ящика относительные объемы ступеней сумми­руются.

При выборе ящика для повторно-кратковременного режима работы опреде­ляется мощность всех ступеней, приведенная к режиму ПВ = 100 %, по формуле

,

где — сопротивления ступеней, % номинального сопротивления; - значения среднеквадратичных токов нагрузки ступеней за время включения, % номинального тока; — относительные продолжительности включения, %.

Тип ящика резисторов выбирается путем сравнения его мощности в длитель­ном режиме с найденной. Резисторы, применяемые в электроприводах с регули­рованием, необходимо дополнительно проверить по условиям кратковременного режима включения со значениями времени включения, указанными выше,

После определения необходимых габаритов производится набор резисторов для каждой ступени по их техническим данным, приведенным в табл. 2.1 – 2.5, и составляется схема их соединения. При этом определяются сопротивления сту­пеней резисторов и тока в абсолютных величинах по формулам

, .

Таблица 2.1. Допустимые длительные нагрузки трубчатых резисторов серий ПЭВ и ПЭВР, А

Номинальное сопротивление, Ом	Тип резистора
	ПЭВ 50	ПЭВР 50	ПЭВ 100	ПЭВР 100
18 22 24 27 39 47 56 68 75 82 100 120 150 180 220 270 330 390 470 560 680 820 1000 1500 2000 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4700 5100 6800 7500 10000 18000 20000 30000	1,66 1,5 - 1,36 1,13 1,03 - 0,84 0,81 - 0,71 - 0,57 - 0,47 0,43 0,39 0,36 0,33 0,30 0,27 0,25 0,221 0,182 0,158 0,144 - 0,128 - 0,117 0,113 0,102 0,099 0,085 0,081 0,071 - 0,05 0,041	- - 1,44 - - 1,03 - 0,84 - - 0,71 - 0,57 - 0,47 0,43 - 0,36 0,33 0,30 0,27 - 0,223 0,182 - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - 1,45 1,33 1,28 - 1,11 1,00 0,91 0,81 0,74 0,67 0,61 0,55 0,50 0,46 0,42 0,38 0,34 0,30 0,258 0,223 0,204 0,192 - 0,174 - 0,160 - 0,140 - - - 0,074 0,071 0,053	- - - - - 1,45 - - - - 1,00 0,91 - 0,74 - 0,61 0,55 0,50 - - 0,38 - 0,30 - - - 0,192 - - - - - - - - - - - -
Примечание: Габаритные размеры 29  3 мм, длина 90  2,5 мм – для ПЭВ 50 и ПЭВР 50; 170  3,5 мм – для ПЭВ 100 и ПЭВР 100

Таблица 2.2. Основные технические данные проволочных резисторов

№ резистора	Допустимый длительный ток, А	Допустимый ток, А, повторно-кратковременного режима				Допустимый ток, А, кратковременного режима				Сопротивление резистора, Ом	Сопротивление ступеней А, Б, В, Г резисторов, Ом
		ПВ = 6,25 %	ПВ = 12,5 %	ПВ = 25 %	ПВ = 35 %	0,5 мин	1,0 мин	3,0 мин	5,0 мин		А	Б	В	Г
1 2 4 5 7 9 10 11 13 14 15 16 17 19 20 21	1,7 2,0 2,6 3,0 3,8 4,6 5,7 6,6 7,6 8,6 9,6 12,0 13,0 15,0 17,0 19,0	5,7 6,8 9,0 11,0 13,7 17,0 20,5 24,5 28,5 32,5 36,0 43,0 48,0 57,0 64,0 72,0	4,0 4,9 0,5 7,5 9,8 12,0 14,6 17 20 23 26 31 34 40 45,7 51,5	3,0 3,5 4,7 5,5 7,0 8,6 10 12 14 16 19 22 24 28,5 32 36	2,5 3,5 4,0 4,7 6,0 7,4 9,0 10 12 14 16 19 21 24 27,5 31	2,9 3,7 5,6 6,0 7,4 11,1 13,1 16,2 20,5 25 30 26,5 32 40,5 49 60	2,2 2,8 4,2 4,5 5,6 8,5 8,4 12 14,5 18,2 22 17,8 23,5 29 36 43,5	1,8 2,12 3,0 3,2 4,2 5,8 6,3 8,2 9,8 11,8 14 13,2 16 19,3 23,3 28	1,7 2,0 2,7 3,1 3,9 5,1 5,8 7,2 8,6 10,1 11,9 12,2 14,2 17,0 20 23,2	96 68 37 27,8 18 12 8 5,8 4,4 3,5 2,8 1,95 1,45 1,1 0,9 0,7	- - - 6,9 4,5 1,5 1,0 0,7 0,55 0,43 0,34 0,49 0,36 0,28 0,23 0,18	- - - 7,0 4,5 1,5 1,0 0,7 0,55 0,43 0,34 0,49 0,36 0,28 0,23 0,18	- - - 13,9 9 3 2 1,5 1,1 0,9 0,72 0,97 0,73 0,54 0,44 0,34	- - - - - 6 4 2,9 2,2 1,74 1,4 - - - - -

Таблица 2.3. Основные технические данные ленточных резисторов

№ резистора	Постоянная времени, с	Допустимый длительный ток, А	Допустимый ток, А, повторно-кратковременного режима				Допустимый ток, А, кратковременного режима
			ПВ = 6,25 %	ПВ = 12,5 %	ПВ = 25 %	ПВ = 35 %	0,5 мин	1,0 мин	3,0 мин	5,0 мин
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31	265 365 300 330 270 350 240 220 140 170 500	107 91 76 64 54 46 39 33 29 24 76	430 360 305 255 215 181 152 128 107 91 305	305 255 215 181 152 128 107 91 76 64 215	215 181 152 128 107 91 76 64 54 46 152	181 152 128 107 91 76 64 54 46 39 128	335 307 255 228 172 165 118 96 67 61 315	245 223 185 165 125 120 86 70 50 45 226	156 140 116 102 88 74 55 45 34 30 138	132 118 98 86 67 62 47 40 31 27 113

Таблица 2.4. Основные технические данные ящиков резисторов

Исполнение резисторного ящика	Тип резисторного ящика	Материал резисторов	Наибольшее число резисторов	Дополнительное число трубок ПЭВ
IР44	СБ2 СБ4 СБ8 СКФ80 СБ24 СКФ31-1 СКФ31-2 СКФ31-3 СКФ31-4	Константановая проволока Фехралевая лента, трубки ПЭВ Фехралевая лента	2 4 8 3 24 5 10 15 20	- - - 2 - 4 4 4 4
IР56	С8 СВ2 СВ2	Константановая проволока Фехралевая лента Фехралевая проволока	8 6 12	- - -

Таблица 2.5. Количество выводных зажимов ящиков резисторов

Тип резисторного ящика	Количество зажимов	Ток, А, не более	Тип резисторного ящика	Количество зажимов	Ток, А, не более
СБ2,СБ4,СБ8,С8 СБ24 СВ2	10 14 13	75 50 150	СКФ80 СКФ31 СКФ31	7 14 7	150 150 300

Таблица 2.6. Коэффициенты закрытия К_З

Тип резисторного ящика	В прерывисто-продолжительном и повторно-кратковременном режимах	В кратковременном режиме
		1 мин	3 мин	5 мин	10 мин	15 мин
СБ4 СБ8 СКФ80 СКФ31-1 СКФ31-2 СКФ31-3 СКФ31-4	0,9 0,9 0,85 0,9 0,85 0,7 0,65	1 1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 0,95 0,95	1 1 1 0,95 0,92 0,90 0,88	0,95 0,95 0,90 0,92 0,90 0,85 0,80	0,90 0,90 0,80 0,90 0,88 0,75 0,70

Предварительно выбранный ящик имеет определенные параметры: а) конструктивное исполнение и количество резисторов; б) допустимые токи резисторов в открытом исполнении.

По табл. 2.1 — 2.5 с учетом допустимых токов резисторов в заданных ре­жимах работы выбираются соответствующие типы резисторов для каждой сту­пени и способы их соединения: последовательное, параллельное или последова­тельно-параллельное. При этом необходимо учитывать, что при компоновке резисторов в ящике их допустимый ток снижается пропорционально коэффици­енту закрытия К_З. Значения К_З приведены в табл. 2.6.

На основании расчета и компоновки отдельных ступеней составляется об­щая схема соединения резисторов с учетом их расположения в ящиках, а именно;

• в ящиках типов СБ 2, СБ 4, СКФ 80, СКФ 31-1 — в один ряд;

• в ящиках ти­пов СБ 8, СКФ 31-2, С 8 — в два ряда;

• в ящиках типа СКФ 31-3 — в три ряда;

• в ящиках типов СКФ 31-4 в СВ 2 — в четыре ряда.

При составлении схемы соединении устанавливается фактическое значение сопротивления ступени и его отклонение от расчетного значения. Отклонение не должно превышать 10 %.

Примечание: Ящики резисторов типов СВ2, СБ4, СБ8 и С8 рекомендуется применять для токов длительного режима не более 40 А и кратковременного не более 80 А.

Ящики резисторов типов СКФ60 и СКФ31 рекомендуется выбирать для токов длительного режима не менее 25 А. Конкретный тип ящика выбирается в зависимости от мощности рассеиваемой энергии.