книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

в данном простейшем случае из участка работы tp, во время которого электродвигатель должен развить мощность Р Пк, и из участка паузы

циклов его максимальная температура перегрева ттах1 окажется мень­ ше, чем установившаяся температура перегрева т у1 при непрерывной р'аботе с мощностью Р т (кривые 4 и 2). Это произойдет из-за того, что

на протяжении повторно-кратковременного режима электродвигатель не только нагревается, но и охлаждается во время пауз. Так как для

тельном режиме с мощностью Р н2> то установившаяся температура перегрева ту2 оказалась бы вы­

ше предельно допустимой тдоп (кривая )).

Поэтому для работы в повторно-кратковременном режиме следует применять двигатели меньшей мощности и габаритов, но с большей перегрузочной способностью и прочностью в отношении динамических усилий.

Для повторно-кратковременного режима, так же как для кратко­ временного, рассчитываются и строятся специальные крановые электро­

двигатели. В каталогах этих электродвигателей приводятся значения повторно-кратковременной мощности при стандартных продолжитель­ ностях включения. Один и тот же электродвигатель может развить при разных ПВ% различную мощность: чем больше ПВ%, тем она меньше.

Выбор электродвигателя по мощности сводится к определению мощ­ ности Рпк, которую он должен развивать на участках работы, и к уста­

новлению продолжительности включения ПВ%. Для определения этих параметров необходимо иметь нагрузочную диаграмму электропривода Р — f (i) или М = f (t). Если продолжительность включения, найден­

ная по нагрузочной диаграмме, совпадает со стандартной, то в катало­

тать, привести ее к мощности Р пк ст при ПВСТ%.

110

исправочниках. По данным диаграммы находят / пкоттак же, как Р 1ШСТ

иМпк.ст ПРИ предварительном расчете. Величина / пк.ст должна быть меньше или равна / Ш(.п, указанному в каталоге. В противном случае выбирают электродвигатель большей мощности.

§ 30. Проверка электродвигателей на перегрузку

Во всех случаях переменной нагрузки в длитель­ ном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах после выбора электродвигателя по нагреву следует проверить его на перегруз­ ку. Это необходимо потому, что в нагрузочной диаграмме может быть участок работы весьма короткий по времени, но с нагрузкой, значитель­ но превышающей нагрузку на остальных участках. Из-за непродолжи­ тельности работы на этом участке его влияние на расчет мощности элек­ тродвигателя по нагреву несуществен, но нагрузка, соответствующая этому участку, может оказаться для электродвигателя непреодолимой. Допустимая перегрузка электродвигателей постоянного тока лимити­ руется их коммутационной способностью, а асинхронных электро­ двигателей — величиной их критического момента.

Проверка на перегрузку заключается в сравнении наибольшего по нагрузочной диаграмме тока или момента с соответствующими предель­ но допустимыми значениями, указанными в каталогах электродвига­ телей. При проверке должны быть соблюдены условия:

для электродвигателей постоянного тока

Для нормальных электродвигателей постоянного тока %i = 2,5;

для крановых электродвигателей этот коэффициент в среднем равен 3;

для асинхронных электродвигателей Ям = 0,7 р,,,, где р к = Это

уменьшение коэффициента перегрузки по сравнению со значением р,к вызвано тем, что при снижениях напряжения в питающей сети вели­ чина критического момента М к уменьшается в квадрате. Поэтому,

учитывая возможный провал напряжения сети на 15%, проверяют, сможет ли электродвигатель преодолеть максимальный момент на на­ грузочной диаграмме и в этих условиях. Значения рк приводятся в каталогах. Если при проверке электродвигателя на перегрузку ока­ зывается, что указанные выше условия не соблюдаются, приходится

112

Часть вторая УПРАВЛЕНИЕ СУДОВЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

ное изменение состояния, в котором он находится, осуществленное

верс и остановка электродвигателя, изменение частоты вращения, под­ держание постоянства скорости при изменении нагрузки ит. д. В целом они образуют систему управления электроприводом. По способу воз­

действия на нее различают системы ручного, полуавтоматического и автоматического управления электроприводами.

При ручном управлении каждое изменение в схеме управления, при­

водящее к соответствующему изменению состояния электропривода, осуществляется воздействием оператора на аппарат управления вруч­ ную. Например, при пуске электродвигателя постоянного тока опера­ тор сначала подает ток на электродвигатель, затем поочередно выклю­ чает ступени пускового сопротивления, пользуясь при этом в про­ стейшем случае рубильником и реостатом. Течение процесса пуска за­ висит здесь от квалификации и навыка оператора.

При полуавтоматическом управлении оператор подает вручную

только первоначальную команду на схему управления — например, нажимает кнопку или перемещает рукоятку соответствующего аппара­ та. Дальнейший процесс управления электроприводом автоматизиро­ ван и происходит без участия человека. Например, при пуске электро­ двигателя постоянного тока специальные электромагнитные аппараты

мени.

Системы автоматического управления электроприводами работают

без участия оператора. Роль человека сводится к первоначальной на­ ладке системы и к периодическому наблюдению за ее работой. Обычно автоматические системы управления являются следящими. При помо­

щи специальных приборов — датчиков, входящих в систему управле-

114

ния электроприводом, осуществляется наблюдение за определенным заданным параметром, например за температурой воздуха в холодиль­ ных камерах или за курсом судна.

Если датчики отмечают отклонение контролируемой величины от заданной, на аппаратуру управления поступает соответствующий командный сигнал, приводящий к такому изменению состояния управ­ ляемого электропривода, которое должно ликвидировать образо­ вавшееся отклонение. Разновидностью автоматического управления электроприводами является программное управление, при котором

электропривод работает по заранее заданной программе, включаясь, выключаясь и реверсируясь через определенные промежутки времени и изменяя в нужный момент свою скорость на определенную величину.

Все виды управления судовыми электроприводами — ручное, авто­ матическое и полуавтоматическое осуществляются в большинстве слу­ чаев при помощи комплектных устройств аппаратуры управления, к которым можно отнести реостаты, контроллеры, пускатели и магнитные станции. При этом наибольшее распространение в настоящее время

от коммутационных аппаратов ручного управления замыкание и раз­ мыкание его контактов происходят не от непосредственного воздейст­ вия на них оператора, а из-за включения и выключения тока в цепи ка­ тушки аппарата. Замыкать и размыкать эту цепь можно на расстоянии, поэтому контактор — аппарат дистанционного действия.

Контакторы могут работать как в редко выключаемых цепях, так и при весьма частых включениях. Различают контакторы для легкого, среднего и тяжелого режимов работы (до 400, 600 и 1500 включений в час соответственно). Исходя из допустимого нагрева для контакторов установлено четыре режима работы: непрерывный, длительный (или прерывисто-продолжительный), кратковременный и повторно-кратко- временный.

Контакторы разделяют на силовые и блокировочные. Контакты си­ ловых контакторов включают в электрические цепи, по которым при­ ходит сравнительно большой ток (обычно в главные цепи электродвига­ телей). Контакты блок-контакторов предназначены для коммутирова­ ния значительно меньших токов в цепях катушек других контакторов, сигнальных ламп и иных потребителей малой мощности. Силовые кон­ такторы изготовляют на номинальные токи от 10 до 600 А. В зависи­ мости от области применения различают контакторы общепромышлен­ ного назначения, авиационные, корабельные и т. д. Ниже рассматрива­ ются только применяемые на судах контакторы морского исполнения. По роду коммутируемого тока различают контакторы постоянного li пе­ ременного тока, а также универсальные контакторы. Контакторы при­

115

мерно одинаковой конструкции, но отличающиеся номинальным током, а следовательно, и размерами, составляют серию. Каждой серии обыч­ но присвоено условное обозначение, состоящее из двух-трех букв и трех-четырехзначного числа, заканчивающегося нулями. В зависи­ мости от номинального тока контактора, особенностей его конструк­ ции и других отличий аппараты каждой серии подразделяются по ве­ личинам, исполнениям, типам. Эти характеристики зашифрованы циф­

вательно с ним соединена сериесная дугогасительная катушка 8, она

надета на стальной сердечник, к которому прикреплены два полюсных наконечника 10. Между ними вставлена съемная цементно-асбестовая дугогасительная камера 9 (на рисунке камера и полюсные наконечники

изображены повернутыми вверх от своего нормального положения). Камера состоит из двух щек. Между ними есть полость, в которой нахо­ дятся оба контакта. В верхней части камеры сделано сужение (щель). Внутри камеры укреплен стальной дугогасительный рог 7, соприкаса­ ющийся с защитной коронкой 5 неподвижного контакта. К нижней ча­

сти якоря прикреплены два изолированных от него подвижных блокконтакта 23 и 22. Против них на шпильках установлены неподвижные блок-контакты 24 и 21. Все неподвижные детали контактора смонти­ рованы на изоляционной плите 18.

При'подаче напряжения на клеммы 14 катушки контактора (одна

из них на рисунке не видна) сердечник намагничивается и притягива­ ет к себе якорь. Главные контакты соприкасаются и замыкают комму­ тируемую цепь тока. От клеммы 19 к клемме 11 может пройти ток.

116

При обесточивании катушки отключающая пружина оттягивает якорь от сердечника и эти контакты размыкают цепь тока. Кроме того, при притягивании якоря замыкаются блок-контакты 23 и 24 и размыкаются контакты 22 и 21. При отпускании якоря эти контакты снова занима­

ют положение, в котором они изображены на рисунке.

Благодаря этому при срабатывании контактора создаются или прерываются вспомогательные цепи, в которые включены блокконтакты. Клеммы блок-контактов 22 и 21 отмечены на рисунке цифрами 16 и 17.

Существует множество конструктивных форм контакторов, отли­ чающихся взаиморасположением деталей, величиной, устройством от­ дельных узлов и т. д., но все эти аппараты состоят из таких же основ­ ных элементов и действуют по такому же принципу. Рассмотрим де­ тально устройство и назначение отдельных узлов контакторов и познакомимся с основными характерными параметрами и свойствами этих наиболее распространенных аппаратов, а также с явлениями, сопутствующими их работе.

Д у г о г а с и т е л ь н о е у с т р о й с т в о . При размыкании цепи тока между контактами возникает электрическая дуга. Ее температура достигает нескольких тысяч градусов. Из-за действия дуги поверхность контактов оплавляется, обгорает, делается неровной, бугристой. Пло­ щадь их соприкосновения уменьшается, и плотность тока, проходяще­ го через замкнутые контакты, возрастает; контакты нагреваются, тем­ пература их может увеличиться до недопустимой. Это может привести к привариванию контактов, и электропривод оказывается в аварийном состоянии. Кроме того, дуга увеличивает износ контактов и сокраща­ ет срок службы аппарата.

Для уменьшения вредного действия дуги необходимо возможно быстрее погасить ее. С этой целью применяют дугогасительные устрой­ ства. В описанном выше типе контактора дугогасительное устройство создает так называемое магнитное дутье. Принцип магнитного гаше­ ния дуги состоит в следующем (рис. 64). Ток, проходящий по виткам дугогасительной катушки 5, создает магнитный поток, замыкающийся через сердечник катушки 6, полюсные наконечники 7 и воздушный про­ межуток между ними. Этот поток показан на рис. 64, а пунктирными линиями, а направление его — стрелками. Вокруг дуги 2, возникаю­ щей между размыкающимися контактами 4, образуется второй магнит­

ный поток, показанный сплошными тонкими линиями. Направление его, определенное по правилу буравчика, показано стрелками. В ре­ зультате взаимодействия обоих потоков возникает сила F, направлен­

ная, согласно правилу левой руки, вверх от контактов. Под действием этой силы дуга быстро перемещается по контактам от места возник­ новения к их верхним краям, а затем перебрасывается одним концом на дугогасительный рог 3 (рис. 64, б). Дуга как бы выдувается магнит­

ным полем дугогаснтельной катушки вверх и вталкивается в узкую часть дугогасительной камеры 1. Длина дуги при этом значительно

увеличивается. Быстрое расхождение контактов, большая скорость движения выдуваемой дуги, которая при перемещении интенсивно охлаждается встречным потоком воздуха, отбор тепла у дуги стенками

117

щели дугогасительной камеры и удлинение дуги создают условия, при которых дуга очень быстро гаснет. Перемещаясь по поверхности кон­ тактов, она не успевает сильно нагреть их и на рабочую часть контактов почти не действует; обгорают верхние, нерабочие части контактов и дугогасительный рог.

Г л а в н ы е к о н т а к т ы . Главными называют контакты, ком­ мутирующие силовые электрические цепи и размыкающие сравнитель­ но большие токи. Чаще всего они изготовляются из меди. Медные кон­ такты, нагреваясь проходящим по ним током, окисляются. Через не­ которое время их поверхность покрывается тончайшей пленкой оки-

Рис. 64. Магнитное гашение дуги:

а — схема устройства; б — растяжение дуги в камере

си. Окись меди — плохой проводник тока, поэтому переходное сопро­ тивление контактов по мере их работы во включенном состоянии воз­ растает. Из-за этого сильно увеличивается нагрев контактов, и они могут привариться.

Во избежание приваривания главным контактам придается спе­ циальная изогнутая форма. Такие контакты называются пальцевыми (рис. 65). При замыканиях и размыканиях подвижный контакт пере­ катывается по неподвижному и немного проскальзывает по нему. В момент начального касания контакты соприкасаются в точке А (рис. 65, а). В конечном положении якоря соприкосновение контактов происходит в точке В, расположенной ниже точек А х и А %начального касания (рис. 65, б). Перекатывание и проскальзывание контактов

обеспечивают самоочистку их поверхностей от окислов и грязи, не да­ ют увеличиваться переходному сопротивлению контактов до недопус­ тимого. Контактор с такой контактной системой может безболезненно работать не только в кратковременном и повторно-кратковременном

118

режимах, но и в продолжительном, который характеризуется тем, что аппарат, по крайней мере один раз за 8 ч работы, включается и

выключается три раза подряд.

Для непрерывного режима работы применяют контакты с серебря­ ными накладками. Серебро почти не окисляется, и переходное сопро­ тивление таких контактов изменяется очень мало, однако они дороже медных и быстрее изнашиваются. Поэтому во многих типах современ­ ных контактов применяют более износоустойчивые металлокерами­ ческие контакты. Их изготовляют из гетерогенных сплавов, которые

нажатие — это сила давления подвижного контакта на неподвижный в момент первоначального соприкосновения контактов при замыкании. Конечное нажатие— это такая же сила, но действующая при полном за­ мыкании контактов. От силы нажатия, которая (от 0,2 до 15 кгс) соз­ дается и регулируется пружиной контакта, зависит вибрация контак­ тора при его включении и будет тем меньше, чем больше начальное нажатие и чем жестче пружина.

П р о в а л и р а с т в о р к о н т а к т о в . Во время эксплу­ атации контакты изнашиваются, делаются тоньше. Электрический износ обусловливается действием дуги, механический износ вызывается тре­ нием контактов и расклепыванием контактных поверхностей из-за ударов при включениях.

Степень износа контактов характеризуется их провалом — рас­ стоянием А (рис. 6 6 ), на которое могла бы переместиться точка касания

119