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

пературам, достаточной электропроводностью, а также относитель­ но малой величиной коэффициента трения. Для увеличения прово­ димости к углю или графиту добавляется медная пыль и купорос, в качестве цементирующего вещества используется каменно-уголь- пая смола.

В зависимости от основных материалов, применяемых для изго­ товления щеток, последние разделяются на угольно-графитные (Т), графитные (Г), электрографитированные (ЭГ), медно-графитные (М, МГ, МГС).

Основные свойства проводниковых материалов приведены в табл. 4.

К п о л у п р о в о д н и к о в ы м м а т е р и а л а м относятся: крем­ ний, германий, углерод, фосфор, селен, закись меди Си20; сер­ нистый свинец PbS и многие другие окислы, карбиды и сульфиды. Полупроводниковые материалы обладают следующими важнейши­ ми свойствами: ■

электропроводность может управляться посредством внешнего’ энергетического действия (сильное электрическое поле, тепло, свет);

обладают выпрямляющим свойством, т. е. односторонней прово­ димостью контакта полупроводника с металлом или контакта меж­ ду полупроводниками;

Ю

В качестве электроизоляционных материалов могут применять­ ся газообразные и жидкие диэлектрики, твердеющие электроизо­ ляционные материалы, волокнистые материалы, пластические мас­ сы, минеральные электроизоляционные материалы, стекло и кера­

мика.

Для изготовления панелей распределительных устройств судо­ вого электрооборудования используются сложные слоистые плас­ тики— гетинакс и текстолит, негигроскопичные и достаточно теп­ лостойкие материалы. Они изготовляются путем горячего прессова­ ния бумаги (гетинакс) или хлопчатобумажной ткани (текстолит), пропитанной бакелитовой смолой. Корпусы электрических прибо­ ров и аппаратов изготовляют из пластмасс, искрогасительные ка­ меры и перегородки в электрических аппаратах — из асбоцемента, который состоит из асбеста, цемента и талька, пропитанных биту­ мом или смолой. В качестве теплостойкого изолирующего матери­ ала в электронагревательных приборах применяются асбест в ви­ де картона или шнура, керамика и фарфор в виде бус, трубок и других изделий. Теплостойким материалом с высокими электроизо­ ляционными и механическими свойствами является микалекс (на основе порошкообразной слюды и стекла). Он допускает запрес­ совку контактов, подвергающихся значительному нагреву (напри­ мер, выводы трубчатых электронагревательных приборов).

Основным электроизоляционным материалом для морских кабе­ лей и проводов является мягкая резина, изготовляемая из нату­ рального или синтетического каучука. Обмоточные провода для электрических машин, аппаратов и приборов изготовляются с эма­ левой, волокнистой, пленочной или комбинированной изоляцией.

Для изоляции обмоток электрических машин и аппаратов при­ меняются электрокартон, прессшпан, тафтяная и киперная ленты, шелковая и хлопчатобумажная лакоткани, электроизоляционные материалы на основе слюды, пропитанной изоляционным лаком,— миканит, микалента, микафолий.

В настоящее время в электрических машинах применяют более теплостойкую кремнийорганическую изоляцию (класс Н) на осно­ ве стекловолокна, которое пропитывают лаками, изготовленными из кремнийорганических смол. Такая изоляция влагостойка, масло­ стойка, негигроскопична, обладает достаточной механической про­

них магнитного пртока и применяются для изготовления магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, аппаратов, элек­ троизмерительных приборов, катушек; индуктивностей. Магнитные материалы разделяются на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы хорошо намагничиваются и размаг­ ничиваются. При этом они характеризуются высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцетивной силой и незначительными по­ терями на перемагничивание. Эти свойства позволяют получить в

12

магнитопроводе большие значения магнитной индукции при срав­ нительно малых значениях тока в обмотке.

Простейшим магнитомягким материалом является железо. Тех­ нически чистое железо обладает малым удельным электрическим сопротивлением и во избежание потерь на вихревые токи приме­ няется только для магнитопроводов с постоянным магнитным по­ током (сердечники электромагнитных реле). Для изготовления маг­ нитопроводов с переменным магнитным потоком применяется эле­ ктротехническая сталь, имеющая повышенное удельное сопротивле­ ние за счет содержания в ней кремния. В электрических машинах применяется низколегированная (с содержанием кремния 0,5 — 2,3%) электротехническая сталь, а для сердечников трансформа­ торов— высоколегированная (с содержанием кремния 4—5%) эле­ ктротехническая сталь. Повышенное значение магнитной проница­ емости может быть получено применением в качестве магнитопровода текстурованной стали. К числу материалов с еще более высо­ кой магнитной проницаемостью относят пермаллои, альсиферы, карбонильное железо. Эти материалы обладают также сравнитель­ но малыми потерями на гистерезис, зависящими от частоты перемагничивания, и имеют узкую петлю гистерезиса.

13

Пермаллои представляют собой железо-никелевые сплавы и применяются для сердечников малогабаритных дросселей, слаботочных малогабаритных трансформаторов звукового диапазона и импульсных трансформаторов, элементов счетно-решающих машин (высоконикелевый пермаллой), а также в силовых дросселях и трансформаторах (низконикелевый пермаллой).

Альсиферы — это сплавы железа с кремнием и алюминием. Они применяются для изготовления магнитных экранов, корпусов при­ боров, высокочастотных прессованных сердечников.

Широкое применение в последнее время получили магнитомяг­ кие материалы, называемые ферритами. Они представляют собой магнитную керамику, в состав которой входят окислы железа и других металлов (никеля, марганца, меди и др.). Ферриты имеют большое удельное электросопротивление, поэтому и меньшие поте­ ри на вихревые токи, а также очень высокую магнитную проницае­ мость, позволяющую в несколько раз уменьшить габариты сердеч­ ников радиоаппаратуры и обеспечить большую добротность высо­ кочастотных контуров. Характерной областью применения ферри­ тов являются миниатюрные антенные устройства.

Магнитотвердые материалы обладают большими значениями остаточной индукции и коэрцетивной силы. Магнитопроводы, изго­ товленные из магнитотвердых материалов, будучи намагничены, длительно поддерживают состояние намагничивания. Постоянные магниты из магнитотвердых материалов применяются для отдель­ ных видов электрических машин (динамомашины для судовых электротахометров), магнето, телефонов, громкоговорителей, из­ мерительных приборов, реле и др.

14

Правилам Регистра СССР они должны быть прочными, трудносго­ раемыми, устойчивыми к влиянию морской атмосферы и паров масла. Винты, гайки, петли и другие подобные детали, предназна­ ченные для крепления электрического оборудования, должны изго­ товляться. из коррозионностойких материалов.

§ 3. Основные параметры судовых электроэнергетических установок

Источниками и основными потребителями электроэнергии на судах являются электрические машины, поэтому сравнение различ­ ных технико-экономических характеристик машин постоянного и переменного тока и является основным критерием выбора рода тока.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели имеют целый ряд преимуществ перед двигателями постоянного тока, что объясняет­ ся отсутствием коллектора, щеточного аппарата и других скользя­ щих контактов. Эти двигатели при одинаковой мощности и частоте вращения имеют меньший вес, габариты и стоимость, чем двига­ тели постоянного тока. Важнейшее же достоинство короткозамк­ нутых асинхронных двигателей заключается в их высокой надеж­ ности и до предела упрощенном уходе. В отдельных случаях важ­ на и взрывобезопасность короткозамкнутых двигателей, чего нель­ зя сказать о двигателях постоянного тока.

Синхронные генераторы также превосходят генераторы постоян­ ного тока с точки зрения надежности и простоты ухода, хотя тре­ буют более сложных систем регулирования напряжения, синхро­ низации.

Недостаток короткозамкнутых асинхронных двигателей, как из­ вестно, заключается в сложном регулировании частоты вращения. До сих пор в практике получил распространение по существу один способ регулирования — переключение числа пар полюсов. Толь­ ко разработка и широкое внедрение частотного регулирования ско­ рости от статических преобразователей частоты позволит оконча­ тельно вытеснить двигатель постоянного тока. Вместе с тем совре­ менное состояние полупроводниковой выпрямительной техники позволяет шире использовать преимущества двигателей постоян­ ного тока на судах, электрифицированных на переменном токе. Двигатели постоянного тока, получающие питание через полупро­ водниковый управляемый выпрямитель, могут найти еще достато­ чно широкое распространение в электроприводах полубных меха­ низмов и в других электроприводах, требующих плавного регули­ рования скорости в большом диапазоне.

15

При сравнении пускорегулировочной аппаратуры постоянного и переменного тока следует помнить, что подавляющее большинство двигателей переменного тока имеют прямой пуск и схема управ­ ления ими элементарно проста, в то время как для пуска двигате­ лей постоянного тока требуется значительно более сложная схема.

Очень важным преимуществом переменного тока является про­ стая возможность получения различных напряжений, и в частности низкого напряжения. Применение трансформаторов для питания осветительной сети позволяет исключить электрическую связь меж­ ду сетью освещения и силовой сетью. Практически это означает, что частые ухудшения изоляции, например в сети наружного осве­ щения, не влияют на силовую сеть.

Существует ряд и других отличий в пользу того гпи иного ро­ да тока, но они не имеют решающего значения. Е настоящее вре­ мя вопрос о выборе рода тока окончательно решен в пользу пере­ менного тока, хотя непрерывно расширяется и применение на судах полупроводниковых выпрямителей для самых различных целей.

Выбор величины напряжения для судового электрооборудова­ ния регламентирован Правилами Регистра СССР. Для силовых потребителей переменного тока допускается напряжение не более 380 В, а для силовых потребителей постоянного тока — не более 220 В. Для нормального освещения допускается напряжение не бо­ лее 220 В. Для переносного электроинструмента и для ручных пе­ реносных пультов дистанционного управления на постоянном токе допускается напряжение не более 24 В, а на переменном — не бо­ лее 42 В. Переносное освещение в особо сырых помещениях должно иметь напряжение 12 В, а в помещениях с повышенной влажно­ стью— 24 В. Правилами Регистра СССР допускается для силовых потребителей переменного тока применять напряжение 440 В при

частоте 60 Гц.

Более сложным является выбор оптимальной частоты. До по­ следнего времени на всех судах отечественного флота применяется переменный ток при частоте 50 Гц. Однако эта частота не является оптимальной. Применение более высоких частот позволило бы су­ щественно сократить вес и габариты оборудования. Для прямейа можно показать, что турбогенератор мощностью 600 кВт, 1200 об/мин при частоте 60 Гц имеет массу 3315 кг, а турбогенератор такой же мощности при частоте 400 Гц и 12000 об/мин весит всего 945 кг. Перевод судового электрооборудования на повышенную частоту связан с решением целого ряда дополнительных задач, та­ ких, например, как выпуск специального электрооборудования и разработка вспомогательных судовых механизмов (насосов, венти­ ляторов, компрессоров и т. д ) с высокой частотой вращения. В этом направлении проводится соответствующая работа.

Перспективным следует считать судно, все электрооборудование которого выполнено на повышенную частоту 200—400 Гц, а элек­ троприводы палубных механизмов частотой 50 Гц получают пита­ ние через статические преобразователи частоты без промежуточно­ го звена постоянного тока.

16

записью можно одновременно регистрировать несколько процессов, Автоматический переключатель прибора производит поочередное подключение контролируемых цепей к самопишущему прибору.

Существенным недостатком самопишущих приборов является инерция подвижной части. В связи с этим частота изменений из­ меряемой величины должна быть не более 1 Гц. Запись измеряе­ мой величины обычно ведется часами и сутками.

Самопишущие приборы применяются в береговых энергоуста­ новках для записи изменяющихся величин тока, напряжения, мощ­ ности, фазы и частоты, а на судне —для записи изменяющихся во времени неэлектрических величин.

В последние годы начали применяться регистрирующие устрой­ ства без подвижной части, например записывающие электричес­ кие сигналы на магнитофонную ленту. Это позволяет производить обработку результатов измерений на ЭВМ.

Э л е к т р о м е х а н и ч е с к и е о с ц и л л о г р а ф ы позволяют производить наблюдение и запись на фотобумаге, фото или кино­ пленке быстроизменяющихся процессов.

Основными элементами электромеханического осциллографа являются измерительный механизм, светооптическое устройство, механизм для перемещения светочувствительной бумаги или плен­ ки, устройство для визуального наблюдения и устройство для реги­ страции исследуемых процессов.

В качестве измерительного механизма служат вибраторы (галь­ ванометры) двух разновидностей: магнитоэлектрические и ферродинамические.

Магнитоэлектрический вибратор (рис. 2, а) состоит из посто­ янного магнита 1, между полюсами которого натянута петля (шлейф) 2 из тонкой бронзовой ленты с укрепленным на ней зер­ кальцем 3. В результате взаимодействия исследуемого тока, про­ текающего по петле, с полем постоянного магнита на каждую сто­ рону петли действуют силы, поворачивающие петлю. При этом

Рис. 2. Электромеханический осциллограф:

а — магнитоэлектрический вибратор; 6 — светооптическое устройство

18

угол отклонения петли пропорционален мгновенному значению тока.

Светооптическое устройство (рис. 2, б) служит для формиро­ вания луча и его управления. Работает оно следующим образом. Луч от источника света 1 проходит через конденсатор 2, диафраг­ му 3 и, преломляясь в призме 9, попадает на зеркальце 10 вибра­ тора. Отраженный от вибратора луч фокусируется линзой 6 на поверхность вращающегося барабана 5, на который наложена светочувствительная бумага или пленка. Часть луча от зеркальца 10 с помощью призмы 8 отбрасывается на зеркальный барабан 7, а от него — на матовый экран 4.

При протекании по петле вибратора периодически изменяюще­ гося тока зеркальце придет в колебательное движение, а отра­ женный от него луч изобразит на экране и светочувствительной пленке прямую линию. Для получения кривой исследуемого тока луч необходимо развернуть во времени, вращая с постоянной ско­ ростью барабан с пленкой и поворачивая зеркальный барабан. Благодаря устройствам, осуществляющим регулирование частоты вращения барабана с пленкой, осциллографы могут регистрировать процессы, скорость и продолжительность которых колеблются в ши­ роких пределах. Для нанесения на светочувствительную пленку масштаба времени осциллографы снабжаются отметчиком време­ ни— вибратором, через который пропускается ток известной ча­ стоты.

Электромеханические осциллографы могут иметь несколько ка­ налов для одновременной регистрации различных величин. Для этого они снабжаются соответствующим количеством вибраторов. Осциллограф МПО-2 имеет восемь вибраторов; разработанный сра­ внительно недавно Н-105 — двенадцать вибраторов. Лучшие сов­ ременные осциллографы позволяют одновременно регистрировать двадцать и более процессов. Электромеханический осциллограф допускает осциллографирование явлений в довольно широком ди­ апазоне частот — от нескольких герц до нескольких тысяч герц.

Процесс осциллографирования на электромеханическом осцил­ лографе требует определенныхнавыков. Так, например, очень важным является выбор вибраторов, который необходимо выби­ рать по собственной частоте колебаний так, чтобы она в 3—4 ра­ за превышала частоту исследуемого процесса. В противном слу­ чае возможны искажения в записи исследуемых величин. Выбор вибраторов по току производится так, чтобы амплитудное значение тока не превышало величины, указанной для каждого из вибрато­ ров. Для расширения пределов применения вибраторов по току служат добавочные сопротивления и шунты. Различные схемы включения вибраторов приведены на рис. 3. Выбор схемы вклю­ чения и расчет сопротивлений имеют очень большое значение. Сле­ дует всегда стремиться к тому, чтобы вибратор давал наибольшее отклонение, но не перегружался. В качестве добавочных сопротив­ лений могут использоваться вольтметры, включенные в схему, а в качестве шунтов — амперметры.

19