Проверка выбранного исполнительного электродвигателя.

1. Проверка на перегрузочную способность.

Двигатель проходит проверку на перегрузочную способность, если выполняются условия:

2.)    Работа ЭД в маневренном режиме.

а) Проверка времени перекладки руля с борта на борт.

Для чего рассчитывают время работы ЭД на каждом участке нагрузочной диаграммы рулевого привода по уравнениям для t₁ при постоянном моменте и t₂ при переменных моментах соответствующей подстановкой углов и моментов, а значения М_П и n_x берут из механических характеристик выбранного ЭД. Для руля с небольшим коэффициентом компенсации

;  

Строится нагрузочная характеристика исполнительного двигателя – М = f(t). Двигатель проходит проверку по времени перекладки руля , если выполняется условие .

Время перекладки руля на заднем ходу Регистром не регламентировано.

б) Проверка на нагрев.

Для ДПТ с параллельным возбуждением проверка на нагрев может проводиться по среднеквадратичному моменту, так как магнитный поток у этих машин можно считать постоянным.

,

где: - для участков с постоянным моментом;

        - для участков с переменным моментом.

Электродвигатели РЭМ-приводов должны выдерживать стоянку под током в течение одной минуты из разогретого состояния, следовательно, двигатель проходит проверку на нагрев, если выполняется условие:

2. Работа ЭД в режиме удержания судна на курсе

.а ) Проверка на число включений в час при ходе по курсу.

По требованию Регистра должно обеспечиваться не менее 350 включений в час при перекладке руля на 5⁰ – 6⁰. Чтобы это условие выполнить и не перегреть двигатель нужно уменьшить пусковые токи и моменты, скорость перекладки руля, что достигается включением в цепь якоря дополнительного сопротивления, и, следовательно, расчетом еще одой реостатной характеристики.

Время одной перекладки, с:

,

где t₀ = (1 ÷ 2) с – запас времени на разгон и торможение.

Угловая скорость баллера ,

где α_К – угол перекладки при ходе по курсу, рад.

Средняя частота вращения электродвигателя .

Для определения второй ординаты точки к новой характеристики, необходимо знать наибольшее М_К и среднее М_СР значения момента при перекладки руля на угол α_К.

Простой руль: Балансирный руль при α_к < α_{1 :}

,

где ; и

Реостатную характеристику строят проведением прямой линии через точки х и к до пересечения с осью абсцисс и определяют значения пускового момента М_ПК.

Необходимо, чтобы , для чего иногда приходится увеличивать частоту вращения при ходе по курсу -n_К.

Величина дополнительного сопротивления в цепи якоря определяется из отношения:

Нагрузочная диаграмма режима удержания судна на курсе включает участки пуска, установившегося движения, торможения и паузы. Для упрощения расчетов принимаем линейный характер зависимостей М = f(t) и ω=f(t). Уравнение движения электропривода:

,

где: - приведенный момент инерции;

       к = 1,2 ÷ 1,3 – коэффициент, учитывающий инерционные массы передачи привода;

       –момент инерции двигателя, берется из каталога или, при известном маховом моменте, определяется из отношения .

При линейном изменении момента на валу ЭД, интегрируя уравнение движения электропривода относительно времени разгона, получим:

или, при среднем значении избыточного момента , время разгона можно рассчитать по уравнению:

За время разгона руль повернется на угол

Время торможения при М_Т = М_ПК определяется уравнением:

.

За время торможения руль повернется на угол .

Угол установившегося движения , время установившегося движения. Нагрузочная характеристика при ходе по курсу будет иметь вид

Если время паузы , то требования Регистра выполняется – привод осуществит 350 включений в час.

б ) Проверка на нагрев.

Эквивалентный момент за время одной перекладки:

a = 0,75, b = 0,5 – коэффициенты, соответственно учитывающие ухудшение условий охлаждения при изменении скорости и стоянке.

Электродвигатель проходит проверку на нагрев, если выполняется условие

.

4.4 РЭМ – привод с ДПТ со смешанным возбуждением

Предварительный расчет мощности, выбор и проверка ДПТ cо смешанным возбуждением.

Упрощенное аналитическое выражение механической характеристики М=(1)

Рассмотрим работу привода при балансирном руле с небольшим коэффициентом комплектации. Нагрузочная диаграмма имеет два участка:

При угле -М=(2)

При угле М=(3)

Время работы на первом участке определится уравнением

+, след,t= (4)

Время работы при переменном моменте определяется из уравнения(5)

В уравнении (5) заменим текущее значение момента его аналитическим уравнением (3)

;

Введем коэффициенты и новую переменную ;;; После подстановки СИспользуем табличный интеграл

После подстановки коэффициентов

или

(6) T=(7) Подставляя значенияиt₂ из уравнений (4) и (6) и решая относительно частоты вращения получим уравнение

(8)

Определяем расчетные значения пускового и номинального моментов, Н· м.

;

По уравнению аппроксимации механической характеристики определяем расчетную номинальную частоту вращения

Электродвигатель выбираем из условия

при степени защиты IP44

Построение механических характеристик ДПТ со смешанным возбуждением.

Естественная механическая характеристика строится по номинальным параметрам выбранного электродвигателя и уравнению аппроксимации, при этом значениями момента задаются от до.-кривая (1).

Результаты расчетов удобно свести в табличную формулу (она будет использоваться для дальнейших расчетов)

Частоту вращения холостого хода можно определить графически, для чего проводят касательную к кривой механической характеристики в точке а (,) до пересечения с осью ординат – точках (0,)

Для проверки на нагрев ДПТ со смешанным возбуждением, расчета пусковых и дополнительных сопротивлений в цепи якоря рассчитывают и строят зависимость

Предварительно считают, что E=U, тогда

СФ;

Полное уравнение равновесия ЭДС для двигательного режима машины постоянного тока

откуда получают более точное значение СФ и

СФ;

Сопротивление цепи якоря и последовательной обмотки берут из справочника или определяют из потерь мощности при номинальном режиме

При перекладке руля с борта на борт и заклинивании пера руля .

Рассчитывают сопротивление пускового резистора из условия (Е=0 приn=0)

где

Задаваясь значениями момента, определяют СФ и I и рассчитывают частоту вращения по уравнению

Результаты расчетов сводят в ту же таблицу и строят реостатную характеристику (2).

Реостатная характеристика для обеспечения режима удержания судна на курсе рассчитывается и строится в следующем порядке.

Определяется ,,;

По нагрузочной диаграмме определяют , рассчитывают, как указывалось выше.

Строят точку к (,)

По выше приведенной методике рассчитывают значение cФ и тока I_а , соответствующие среднему значению момента при ходе по курсу, и определяют величину дополнительного сопротивления в цепи якоря по уравнению

R_доп = (U – cФ·n_к)/ I_а – R_а –R_п

Задаваясь значениями момента от М_о до М_{пк ,} определяют соответствующие значения СФ, I и рассчитывают значения частоты вращения

По результатам строят зависимость

Должно выполняться условие: М_пк > 1,2М_к

Проверка выбранного ЭД.

Двигатели постоянного тока со смешанным возбуждением обычно работают на естественной характеристике, но схемой предусматривается пуск при введенном в цепь якоря пусковом сопротивлении и переход на реостатную характеристику с пусковым сопротивлением при возрастании момента

В любом случае при проверке на перегрузочную способность должно выполняться условие

;

В маневренном режиме проверяется время перекладки руля с борта на борт. <30с, где время работы на отдельных участках определяется по уравнениям (4) и (6).

Строится зависимость и проводится проверка на нагрев по эффективному току.

, где ;

(30)

В режиме удержания судна на курсе проверка на число включений и нагрев производится, как и для ДПТ с параллельным возбуждением, но не по моменту, а по току.

4.5. РЭМ – привод с ЭД с независимым возбуждением в системе Г - Д