книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

соответствующее совпадению осей фазы обмотки синхронизации и

При этом следует учесть, что все э. д. с. в указанных уравнениях имеют одинаковую временную фазу (однофазная система).

Бесконтактные сельсины получили в последние годы самое ши­ рокое распространение. Прежде всего все основные модификации: явнополюсные сельсины конструкции советских ученых Иосифьяна и Свечарника и неявнополюсные сельсины с тороидальным транс­ форматором.

В бесконтактном сельсине контактный подвод тока заменен бесконтактным подводом магнитного потока, контактные кольца и щетки отсутствуют, а это увеличивает надежность действия, умень­ шает потери от трения, увеличивает точность.

Принципиальная конструктивная схема бесконтактного сельсина первой модификации представлена на рис. 62. На статоре закреп­ лены пакет основного магнитопровода 1 и два пакета тороидаль­ ного магнитопровода 2, набранные из листов электротехнической стали, шихтованных по поперечной оси сельсина. Тороидальные магнитопроводы магнитно замыкаются между собой пакетами внешнего магнитопровода 3, шихтованными по продольной оси сельсина и запрессованными в корпус 4. В пазах основного магни­ топровода находится трехфазная обмотка синхронизации 5. Об­ мотка возбуждения 6, выполненная в виде двух катушек, также расположена на статоре параллельно тороидальным магнитопрово-* дам. Ротор 7 сельсина состоит из двух пакетов, разделенных не­ магнитным промежутком 8. Плоскости листов электротехнической

90

i

Рис. 63. Схемы включения сельсинов;

° — индикаторный режим; б — индикаторный режим с дифференциальным сельси­ ном; в — трансформаторный режим; г — трансформаторный режим с дифференци­ альным сельсином

6, основной магнитопровод 1 (по полуокружности’ в плос­ кости, перпендикулярной оси ротора), воздушный зазор б, правая магнитная часть ротора 7 (вдоль оси ротора), воздушный зазор б, правый тороидальный магнитопровод 2 (радиально), внешний маг­ нитопровод 3 (вдоль оси ротора), левый тороидальный магнито­ провод 2 (радиально), воздушный зазор б. Проходя по основному магнитопроводу 1, магнитный поток индуктирует в трехфазной об­ мотке синхронизации трансформаторные э д. с. При повороте ро­ тора вместе с ним поворачивается и магнитный поток. Поэтому ве­ личины э. д. с. в фазах обмотки синхронизации зависят от положе­ ния ротора точно так же, как и в контактном сельсинё.

Бесконтактные сельсины по сравнению с контактными имеют более сложную конструкцию, больший вес и габариты при одном и том же моменте, а также большую стоимость. Однако высокая надежность этих сельсинов вполне окупает их недостатки.

Они применяются в системах электрического вала, когда требуется строго синхронное и синфазное вращение двух двигателей, уда­ ленных друг от друга.

Система синхронной связи состоит, как минимум, из двух сель­ синов, один из которых является датчиком, а второй — приемни­ ком. В зависимости от схемы их включения различают два основ-

91

ных режима работы сельсинов: индикаторный и трансформа­ торный.

В индикаторном режиме обмотки возбуждения однотипных сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП подключают к од­ ной сети переменного тока, а трехфазные обмотки синхронизации соединяют между собой одноименными концами (рис. 63, а). В согласованном положении, когда обмотки возбуждения занимают одинаковые положения по отношению к соответствующим обмот­ кам синхронизации, токи в цепи синхронизации отсутствуют, так как э. д. с. в обмотках СД и СП одинаковы. При рассогласовании датчика и приемника на некоторый угол 0==©i— 02 в цепи син­ хронизации появляются уравнительные токи. В результате взаимо­ действия этих токов с магнитным потоком приемника возникает синхронизирующий момент, под воздействием которого СП прихо­ дит в согласованное положение с СД.

При индикаторном режиме работы сельсинов осуществляется передача углового или линейного перемещения, преобразованного в угловое, на расстояние. Сельсин-приемник, как правило, не имеет на валу момента сопротивления, на ротор посажена только стрел­ ка указателя. Несколько сельсинов-приемников можно соединить между собой параллельно, все они будут повторять перемещения сельсина-датчика на некоторый угол.

К индикаторному режиму относится также схема с включением одного приемника — дифференциального сельсина ДС и двух датчиков — обычных сельсинов (рис. 63, б). Схема позволяет про­ изводить алгебраическое суммирование двух угловых или линейных перемещений, преобразованных в угловые, механически не связан­ ных между собой. Дифференциальный сельсин имеет на неявно­ полюсных статоре и роторе две трехфазные обмотки ОС и ОР. Эти обмотки в схеме получают питание от трехфазных обмоток сельсинов-датчиков СД1 и СД2. Токи, протекающие по обмоткам ОС и ОР, создают магнитные потоки, при взаимодействии кото­ рых ротор дифференциального сельсина удерживается в простран­ стве в строго определенном положении. При повороте роторов сель­ синов-датчиков на углы 01 и 02 на эти же углы поворачиваются магнитные потоки статора и ротора дифференциального сельсина. При этом ротор дифференциального сельсина поворачивается на некоторый угол 0, равный разности или сумме углов 0i и 0 2 в за­ висимости от того, в какую сторону поворачивают роторы сельси­ нов-датчиков.

В трансформаторном режиме к сети переменного тока подклю­ чена только обмотка возбуждения сельсина-датчика, трехфазные обмотки синхронизации соединяются между собой одноименными концами, ротор сельсина-приемника заторможен (рис. 63, в).

Индуктируемые в обмотке синхронизации сельсина-датчика э. д. с. вызывают токи в цепи синхронизации. В сельсине-приемни­ ке эти токи создают пульсирующий магнитный поток, ось которого занимает по отношению к трехфазной обмотке синхронизации та­ кое же положение, как и у датчика. При повороте ротора датчика

92

на такой же угол поворачивается магнитный поток приемника. Этот угол поворота можно зафиксировать по величине э. д. с. Ев, индуктируемой в обмотке возбуждения сельсина-приемника.

За согласованное положение датчика и приемника принимают такое, когда э. д. с. обмотки возбуждения приемника равна нулю. Практически это получается, если обмотка возбуждения приемника заранее повернута относительно обмотки возбуждения датчика на

90°.

В трансформаторном режиме работают сельсины в схеме, где сельсин-датчик и сельсин-приемник связаны через дифференциаль­ ный сельсин ДС, играющий роль второго датчика (рис. 63, г). На зажимах однофазной обмотки возбуждения сельсина-приемника получается э. д. с., зависящая от суммы или разности угловых пе­ ремещений роторов сельсина-датчика и дифференциального сель­ сина.

Сельсины нашли самое широкое применение для автоматизации различных процессов на судне. Они используются в судовых элек­ тро- и радионавигационных приборах, в приборах управления ру­ левым приводом, в схемах судового телеграфа, различного рода указателях, в конструкциях синхроноскопов и т. д.

Сельсины часто применяются в качестве малогабаритных точ­ ных потенциал-регуляторов (регуляторов напряжения). В таком ре­ жиме работают бесконтактные сельсины в схемах управления греб­ ной установкой атомного ледокола «Ленин».

§ 18. Электромагнитная асинхронная муфта скольжения

Электромагнитная асинхронная муфта скольжения представ­ ляет собой электрическую машину, служащую для эластичной свя­ зи между первичным двигателем и исполнительным механизмом. Она состоит из двух частей, одна из которых — ведущая — механи­ чески связана с ведущим валом 1, другая — ведомая —с ведомым валом 8 (рис. 64).

93

противления на ведомом валу окажется больше некоторого критиче­ ского момента муфты, то происходит опрокидывание, вращение ве­ домой части муфты прекращается. Благодаря способности к опро­

перспективы в судовых гребных установках, особенно при наличии быстроходного дизеля и редуктора. Они устанавливаются между дизелем Д и редуктором Р, как. показано на рис. 65.

Гребные дизельные установки с электромагнитными асинхрон­ ными муфтами имеют следующие достоинства:

сглаживание муфтой крутильных колебаний дизелей; предохранение дизелей от чрезмерной перегрузки благодаря на­

личию у муфты опрокидывающего момента; облегчение центровки вала дизеля и редуктора;

возможность применения дистанционного управления гребной установкой;

гибкость маневрирования судном.

Благодаря высокой надежности и простоте исполнения электро­ магнитные муфты стали использовать и в схемах судовой электро­ автоматики.

§19. Бесконтактные двигатели постоянного тока

Вряде отраслей промышленности, в том числе и на морском транспорте, применяются электрические машины постоянного тока.

Однако наличие щеточно-коллекторного аппарата ограничивает возможность применения этих машин в таких тяжелых специфиче­ ских условиях, как, например, взрывоопасные газовые среды

94

разнообразных по своим параметрам транзисторов, силовых диодов и особенно управляемых кремниевых вентилей создали предпосыл­ ки к разработке бесконтактных (бесколлекторных) двигателей по­ стоянного тока.

Принцип работы бесконтактного двигателя постоянного тока может быть рассмотрен на схеме А. А. Дубенского (рис. 66). Бес­ контактный двигатель постоянного тока состоит из индуктора 1 в виде постоянного магнита, создающего основной магнитный поток машины, якоря 2, полупроводникового коммутатора 3 и датчиков положения ротора 4, управляющих работой коммутирующих эле­ ментов.

Если к зажимам двигателя подвести напряжение от источника постоянного тока при положении ротора, изображенном на рисунке (см. рис. 66), то датчики положения включат транзисторы Т1 и Т2, и по секции обмотки якоря будет проходить ток в направлении, по­ казанном стрелками. В результате взаимодействия тока якоря с основным магнитным потоком индуктора возникает электромаг­ нитная сила и вращающийся момент, поворачивающий индуктор по часовой стрелке. При достижении индуктором горизонтального положения вращающийся момент будет равен нулю, а при дальней­ шем повороте становится отрицательным. Чтобы знак вращающего момента не менялся после достижения индуктором горизонтального положения, датчики положения ротора должны закрыть триоды

до следующего горизонтального положения индуктора, когда сно­ ва происходит переключение транзисторов. Таким образом обеспе-

95

так и в СССР. В 1965 г. были опубликованы данные серии бескон­ тактных двигателей серии МБ, изготовляемых в СССР.

Бесконтактные двигатели постоянного тока содержат, как пра­ вило, три основных функциональных элемента (рис. 67):

m-фазный бесконтактный синхронный двигатель СД с рото­ ром в виде постоянного магнита;

управляемый полупроводниковый коммутатор ППК, собранный на бесконтактных переключающих приборах (транзисторах, тирис­ торах и т. д.) и играющий роль коллектора, т. е. осуществляющий коммутацию тока в обмотке статора двигателя;

датчик положения ротора (индуктора) двигателя ДП относи­ тельно фаз обмотки статора, управляющий работой коммутатора и определяющий момент и последовательность коммутации обмотки.

Датчик положения встроен в электродвигатель и состоит из ро­ тора и статора, жестко соединенных соответственно с ротором и ста­ тором двигателя.

Датчики положения должны подавать сигналы «а полупровод­ никовый коммутатор в зависимости от углового положения маг­ нитного поля индуктора относительно якоря. Контроль положения поля индуктора может осуществляться при помощи контролирую­ щих элементов. В датчиках положения используются элементы, чувствительные к различным видам энергии: лучевой, энергии электрического или магнитного поля. Датчики, использующие луче­ вую энергию, состоят из источника излучения и приемника. В ка­ честве приемников, подающих сигналы на коммутирующие устрой­ ства, используются фотосопротивления, фотодиоды и фототриоды. Датчики, использующие энергию электрического поля, выполняют­ ся как конденсаторы, емкость которых меняется в зависимости от положения индуктора. Наибольшее распространение в бесконтакт­ ных двигателях получили датчики, использующие для своей работы энергию магнитного поля: датчики Холла, индуктивные датчики э.д. с. вращения, магниточувствительные сопротивления, индуктив­ ные датчики с переменным воздушным зазором, индуктивные датчики с подмагничиванием магнитной цепи.

Датчик положения является наиболее слабым местом бескон­ тактного двигателя постоянного тока. Тип датчика определяется схемой полупроводникового коммутатора.

В последнее время появились бесконтактные двигатели посто­ янного тока без датчиков положения. Принципиальная схема и

96

устройство одного из таких двигателей представлены на рис. 68, а. Схема двигателя представляет собой двухтактный преобразова­ тель (инвертор) с самовозбуждением и называется мультивиб­ ратором, собранным по схеме Роера. При подаче напряжения в схему от источника постоянного тока на зажимах а—с схемы тран­ сформатора появится переменное напряжение приблизительно пря­ моугольной формы. В обычном варианте двигатель получает пи­ тание от преобразователя через трансформатор, являющийся эле­ ментом этого преобразователя, причем выходная мощность транс­ форматора должна быть не меньше мощности двигателя. В данной же схеме трансформатор цреобразователя и двигатель совмещены, что является преимуществом, так как в этом случае габариты и вес установки уменьшаются, а надежность без дополнительного промежуточного звена возрастает.

По существу сам двигатель представляет собой однофазный асинхронный двигатель с расщепленными полюсами (рис. 68, б).

Главная обмотка двигателя, имеющая вывод средней точки и яв­

ляющаяся одновременно и коллекторной (w'K, w"K) обмоткой мульти­ вибратора, намотана на полюсных сердечниках. На этих же сердеч­

никах намотана и вспомогательная базовая (w5, w6) обмотка, играю­ щая в мультивибраторе роль обмотки обратной связи. Короткозамк­ нутый ротор двигателя в данной схеме выполняет роль выходной обмотки wр мультивибратора. Для пуска двигателя имеется пусковая

С — коммутирующая емкость. Схема позволяет регулировать часто­ ту мультивибратора, а соответственно и скорость двигателя при из­ менении напряжения питания схемы и величины сопротивления R1.

Все элементы схемы двигателя (транзисторы, сопротивления, ем­ кости) могут быть помещены в отдельный блок или вмонтированы непосредственно в корпус двигателя.

Рис. 68. Схема (а) и принципиальное устройство (б) бескон­ тактного двигателя постоянного тока с двухтактным полу­ проводниковым преобразователем

Глава VI

Судовые электрические станции

§ 20. Типы судовых электрических станций

Судовые электрические станции (СЭС) преобразуют химиче­ скую энергию топлива в электрическую, а также осуществляют контроль и распределение электрической энергии между потреби­ телями.

Электрическая станция современного судна представляет собой самостоятельный энергетический комплекс, насыщенный сложными агрегатами, различными устройствами, аппаратами и приборами. Основными элементами любой СЭС являются первичные двигате­ ли, генераторы и главный распределительный щит (ГРЩ).

Вспомогательное оборудование станции обеспечивает подачу топлива или пара, охлаждающей и питательной воды, масла, воз­ духа и т. д.

Развитие и совершенствование судов теснейшим образом связа­ ны с ростом степени электрооснащенности их, что в свою очередь предопределяет увеличение мощности судовыхэлектрических стан­ ций. Мощность электростанций современных судов, у которых главные двигатели непосредственно передают вращение гребным винтам, составляет несколько сот киловатт.

Для удобства изучения судовые электрические станции класси­ фицируются по назначению, по типу первичных двигателей, по ро­ ду тока.

В зависимости от назначения выделяются три типа станций: электрические станции судовых электроэнергетических систем, греб­ ных электрических установок (ГЭУ) и аварийные электростанции.

Электрические станции судовых электроэнергетических систем, о вторых и пойдет речь в данной главе, снабжают энергией элек­ трические приводы вспомогательных механизмов машинного отде­ ления, палубных механизмов, вентиляторов, рефрижераторных и климатических установок и т. д.

Электрические станции ГЭУ обеспечивают энергией электропри­ воды гребных валов. Мощность таких станций достигает нескольких тысяч киловатт. Тип судов с ГЭУ получил название электроходов.

На морских судах устанавливаются аварийные электростанции согласно требованиям Регистра СССР. При выходе из строя основ­ ной электростанции они обеспечивают электроэнергией те потреби­ тели, от которых зависит живучесть судна и безопасность морепла­ вания.