Лекция №13. РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЛЕБЕДКИ (2 часа)
Цель занятия: занятия направлены на формирование компетенций
ПК-1. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с международными и национальными требованиями в части знания устройства и принципа работы элементов судовых электроприводов (З-2.3, З-2.5).
ПК-10. Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (З-4.1).
Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере:
Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Судовые электроприводы).
Методические материалы:
1.Савенко А.Е. Судовые электроприводы: учебное пособие для курсантов специальности
26.05.07Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / А.Е. Савенко - Керчь: ФГБОУ ВО КГМТУ, 2019.- 208 с.
2.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции.
Учебное оборудование:
Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном.
Последовательность изложения учебного материала:
Расчет и выбор исполнительного двигателя электропривода лебедки
Пуск ИД лебедки часто происходит при полном грузе. В связи с этим двигатель должен развивать динамический момент Мд.
Полный вращающий момент ИД при пуске:
M M |
|
M |
|
M |
|
j |
|
d |
|
c |
д |
c |
|
|
|||||
|
|
|
д |
|
dt |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Статический момент при спуске груза:
Mc [(Gгр G0 ) Д2iб ] (2 1 ) ,
где Gгр – масса номинального груза; G0 – масса гака; Дб – диаметр барабана лебедки; i – общее передаточное число механизма; – КПД механизма лебедки.
Динамический момент затрачивается на ускорение инерционных масс привода:
M |
|
c G Д |
2 |
|
n |
|
0,975 G |
2 |
|
|
|||||
|
|
375 t |
|
|
, |
||||||||||
|
д |
|
|
д |
|
д |
|
|
|
гр n t |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|||
где с = 1,1÷1,2; tд |
– время разгона |
|
|
|
до установившихся оборотов; |
||||||||||
n – обороты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G Дд |
2 |
365 Gгр |
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
n |
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
104
Тогда
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
M M |
c |
c G |
Д |
д |
|
|
|
0,975 G |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
375 t |
|
|
|
гр |
|
n t |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
|
д |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для торможения груза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
T |
c G Д |
д |
|
|
0,975 G |
|
|
|
M |
c , |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
375 t |
|
|
|
|
гр |
|
n t |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
где tT – время торможения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для двигателей постоянного тока необходимо обеспечить |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M |
n |
(2 2,5) М |
н . |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для АД с короткозамкнутым ротором |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M |
n |
|
(1,8 2) М |
н . |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
.
Время разгона исполнительного двигателя до установившейся частоты вращения
|
t |
|
G Д |
2 |
|
n |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Д |
|
|
|
375 |
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G Д |
2 |
c G Д |
2 |
G |
Д |
2 |
|||
|
д |
гр . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Время торможения принимают tT = tд.
Для определения tд и tT для различных моментов нагрузки необходимо иметь характеристику ИД.
По заданной средней номинальной скорости подъема полного груза vном определяют требуемые обороты и мощность:
n |
|
60 i |
ном |
9,55 |
i |
ном |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
ном |
|
2 R |
|
R |
||
|
|
|
||||
|
|
|
б |
|
|
б |
Р |
М |
|
n |
|
|
сном |
ном |
кВт. |
|
|
|
|||
|
|
9550 |
||
|
|
|
||
,
По мощности и оборотам выбирают двигатель с необходимым ПВ и для дальнейших расчетов используют его механическую характеристику и каталожные данные. При выборе АД с короткозамкнутым ротором необходимо его проверить на допустимое число пусков и торможений. ПВ для механизмов подъема грузовых лебедок на переменном токе рекомендуется 40%, а коэффициент перегрузки λ = 0,8.
Номинальный требуемый вращающий момент
M |
|
|
M |
сном |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
ном |
|
|
|
, |
|
|
|
|
н.д. |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н.м ех |
|
|
|
|
|
|
|
||
где Мсном – статический момент номинальной нагрузки; λ = 0,8 – коэффициент перегрузки; ξн.д. – ПВ выбранного двигателя; ξн.мех – ПВ механизма (лебедки); Мном должен быть ≤ Мн.дв.
Функциональная схема грузовой лебедки на аналогово-блочных устройствах
Это схема (рис. 13.1) вентильного привода с системой подчиненного регулирования и последовательной коррекции.
1)Аналоговое запоминающее устройство для ограничения скорости при спуске, зависящего от частоты вращения.
2)Датчик тока.
105
3)Задатчик частоты вращения.
4)Задатчик интенсивности.
5)Регулятор частоты вращения.
6)Функциональный блок эталонного значения скорости с пределами, зависящими от частоты вращения и тока возбуждения.
7)Регулятор Iа.
8)Система фазового управления тиристорного преобразователя.
9)Тиристорный преобразователь (выпрямитель).
10)Блок опрокидывающейся функции для переключения предела Iа со 160 до 100% (при повышении номинальной частоты вращения).
11)Датчик напряжения цепи якоря.
12)Блок ограничения эталонного значения Iв.
13)Регулятор напряжения в цепи якоря.
14)Регулятор Iв.
15)Система фазового управления тиристорным преобразователем в цепи возбуждения.
16)Тиристорный преобразователь цепи возбуждения.
17)Обмотка возбуждения.
18)Датчик тока цепи возбуждения.
Д – двигатель; ТГ – тахогенератор;
Uзад.ч. и Uо.с.ч – заданное и текущее значение частоты вращения; Uзад.т и Uо.с.т – заданное и текущее значение тока якоря;
Uзад.в и Uо.с.в – заданное и текущее значение тока возбуждения; Uзад.н и Uо.с.н – заданное и текущее значение напряжения на якоре.
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
ЗУ |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4 |
Uзад.ч. |
5 |
6 |
Uо.с.т. |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uзад.т. |
|
|
|
|
|
Uо.с.ч. |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1,6 |
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
ТГ |
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
||
Uо.с.н |
|
13 |
|
14 |
15 |
16 |
17 |
|
|
|
|
ФЗУ |
|
|
|
Uзад.н |
|
|
|
|
|
|
ОВД |
|
Uзад.в |
Uо.с.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
18
Рисунок 13.1 - Функциональная схема грузовой лебедки на аналогово-блочных устройствах
Работа схемы
Задатчиком 3 устанавливается направление вращения и значение скорости.
Задатчик 4 предотвращает скачкообразные изменения эталонного значения частоты вращения на выходе регулятора 5.
106
В режиме спуска максимальная величина эталонного значения частоты вращения уменьшается пропорционально воздействующему на двигатель моменту нагрузки. В установившемся режиме ток якоря соответствует значению нагрузочного момента.
К началу каждой операции пуска ток в якорной цепи должен измеряться при небольшой частоте вращения, меньшей номинальной и при номинальном токе возбуждения. На основе этой информации формируется сигнал, который ограничивает задаваемое задатчиком значение частоты вращения настолько, насколько это необходимо при действующем в данное время моменте сопротивления. Для реализации этого условия система содержит аналоговое запоминающее устройство нагрузки. Заданное и фактическое значения частоты вращения сравниваются на входе регулятора частоты вращения 5.
Передаточная функция регулятора частоты вращения:
Uв ых Uв хК (1 pT1 ) ,
1 pT2
где Uвых и Uвх – выходное и входное напряжения; К – коэффициент усиления регулятора; Т1 и Т2
– постоянные времени регулятора.
Эта характеристика получается в результате соединения пропорционального и пропорционально-интегрального звеньев.
Выходной сигнал регулятора частоты вращения 5 в качестве эталонного значения якорного тока подается в подчиненный контур регулирования тока. Значение тока ограничивается блоком 6 с учетом электрической нагрузки приводного двигателя и требований к динамике регулирования привода.
Для получения избыточного момента при ускорении и торможении в диапазоне частоты вращения 0 > n ≤ nн устанавливается предельное значение тока, равное 1,6Iн.
В диапазоне nн < n ≤ 2 nн привод работает с постоянной мощностью, т.к. граничное значение якорного тока = Iн. Выше 2 nн предел якорного тока непрерывно уменьшается в зависимости от тока возбуждения двигателя – 0,67 Iн при 4 nн. Предельная функция тока формируется блоком «6», в который от блока 10 вводится сигнал, изменяющийся от 1,6 Iн до Iн при превышении номинальной частоты вращения. Далее вступает в действие линия сигнала тока возбуждения от блока 18. Выходной сигнал регулятора тока вводится в качестве управляющего напряжения в систему фазового управления 9. На входе регулятора напряжения 13 текущее значение напряжения сравнивается с постоянным заданным значением, соответствующим номинальному значению якорного напряжения. Выходной сигнал регулятора напряжения является задающей величиной для тока возбуждения. Пока напряжение на якоре не достигло номинального значения, на регуляторе 13 имеется большой сигнал рассогласования, величина которого срезается блоком ограничения тока возбуждения 12 до номинального значения. Если напряжение на якоре будет превышать номинальное, поскольку частота вращения возрастает сверх номинального значения, то рассогласование по напряжению якоря, а тем самым и заданные значения тока возбуждения уменьшаются. Вследствие этого, соответственно, уменьшается и ток возбуждения.
Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:
1. Основными характеристиками лебедки |
а) подъемное и тяговое усилие |
||||
является… |
б) скорость выборки |
||||
|
в) мощность привода в зависимости от внешней нагрузки |
||||
|
г) всё вышеперечисленное |
||||
2. Скорость выборки трала находится по |
а) Vвыборки = Vоруд.лова + Vсудна |
||||
формуле… |
б) Vвыборки = Vсудна + Vоруд.лова |
||||
|
|
|
|
|
|
|
в) Vвыборки = Vсудна - Vоруд.лова |
||||
3. Статическая мощность двигателя лебедки |
а) V |
||||
обозначается буквой… |
б) M |
||||
|
в) P |
||||
|
г) Q |
||||
|
|
|
|
|
|
107
4.Если при выборе электродвигателя лебедки известен график Q(t) и P(t), то двигатель выбирают по…
5.Электродвигатель промысловой лебедки, работающий в повторно-кратковременном режиме должен быть проверен…
6.Статический момент на валу электродвигателя промысловой лебедки при подъеме или перемещении груза, находится по формуле:
Мст = Мб/(iмηм) = SкгДбмm/(2iмηм)
Какой параметр формулы обозначен буквой
«S»?
7.Кратность полиспаста зависит от…
8.Пуск ИД лебедки часто происходит при полном грузе. В связи с этим двигатель должен развивать динамический момент…
9.Статический момент при спуске груза находится по формуле:
Мс = [(Gгр + G0 ) |
Д |
б |
](2 - |
1 |
) |
|
|
||||||
|
|
|||||
2i |
|
|||||
|
|
|
||||
Вэтой формуле значение «Gо» это…
10.Для электродвигателей постоянного тока, подъемных механизмов, Мп необходимо обеспечить…
11.Время разгона исполнительного двигателя до установившейся частоты вращения находится по формуле…
12.В электродвигателе подъемного механизма, для определения времени
торможения (tд), для различных моментов нагрузки необходимо…
13.По заданной средней номинальной скорости подъема полного груза vном определяют…
14.Продолжительность включения для механизмов подъема грузовых лебедок на переменном токе рекомендуется…
15.Коэффициент перегрузки на грузовых лебедках переменного тока, должен быть
равен…
а) эквивалентной мощности б) активной мощности в) реактивной мощности г) полной мощности
а) на наличие питания б) на влагозащищенность
в) на максимально допустимую мощность г) на продолжительность времени пуска
а) число ветвей гибкого элемента б) натяжение каната
в) статический момент на валу барабана г) диаметр барабана
а) тягового усилия лебедки б) материала изготовления тросов в) числа блоков в обоймах г) массы груза
а) М б) Мд в) Мс
г) ни один из выше перечисленных вариантов
а) масса гака б) масса номинального груза
в) масса максимально допустимого груза г) общее передаточное число механизма
где Gгр - масса номинального груза; Дб – диаметр барабана лебедки;
i- общее передаточное число механизма;
η– КПД механизма лебедки
а) Мп = ( 1 – 2,5 )Мн б) Мп = ( 3 – 4,5 )Мн
в) Мп = ( 4 – 5 )Мн
г) Мп = ( 2 – 2,5 )Мн
а) tд = G
б) G Д |
2 |
= с G Д |
2 |
+ G Д |
2 |
|||
|
д |
гр . |
||||||
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
|
в) G |
Д |
2 |
365G |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
д |
гр |
n |
2 |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) знать массу груза б) иметь характеристику ИД
в) знать скорость поднятия груза г) учитывать погодные условия при погрузочноразгрузочных работах
а) время поднятия груза б) рабочую температуру двигателя
в) усилие подъемного механизма г) требуемые обороты и мощность
а) 40% б) 50% в) 20% г) 60%
а) λ = 1,8 б) λ = 0,5 в) λ = 0,3
108
16.Для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, Мп необходимо обеспечить …
17.Что рассчитывается в данной формуле? nном = 60ivном /(2πRб) = 9,55ivном /Rб
18.Динамический момент затрачивается на ускорение инерционных масс привода:
|
|
n |
|
|
v |
2 |
|
|
Мд = сG Д |
2 |
|
0,975Gгр |
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
||||
д |
375t |
|
nt |
|
||||
|
|
д |
|
д |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
где…
19.Среднюю номинальную скорость подъема груза, находим по формуле…
20.В данной формуле Мсном это…
|
M |
c.ном |
|
|
|
||
|
|
н.д |
|
|
|
|
|
Мном = λ |
|
н.м ех |
|
|
|||
|
|
|
|
г) λ = 1.0 д) λ = 0,8
а) Мп = (1,8 – 2)Мн
б) Мп = (1 – 2,5)Мн
в) Мп = (1,8 – 3)Мн
г) Мп = (3 – 4,5)Мн
а) скорость поднятия груза б) масса груза
в) номинальные обороты электродвигателя г) мощность электродвигателя
а) с = 1,0÷1,2 б) с = 1,1÷1,2 в) с = 1,5÷2 г) с = 2,1÷2,5
а) nном = 60ivном /(2πRб) = 9,55ivном /Rб
б) nном = 60ivном *(2πRб) = 8,65ivном /Rб в) nном = ivном /(2πRб) = 10,0ivном /Rб
г) nном = 70ivном /(4πRб) = 9,55ivном *Rб
а) статический момент при спуске груза б) масса гака
в) статический момент номинальной нагрузки г) полный вращающий момент
где λ – коэффициент перегрузки; ξн.д. – ПВ выбранного двигателя;
ξн.мех – ПВ механизма (лебедки); Мном должен быть ≤ Мн.дв
109