Лекция №17. ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ГРУЗОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГРУЗОПОДЪЕМНИКОВ (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-2.5).

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:

Энергетика электродвигателей в грузовом электроприводе

Современный электропривод судовых грузоподъемных механизмов характеризуется сложным циклом выполнения грузовых операций. Электродвигатели приводов работают с частыми пусками, изменениями скоростей и торможениями. Расход электроэнергии в переходных режимах таких электроприводов имеет важное значение при их проектировании.

Для правильной оценки теплового режима электродвигателей важнейшим является нахождение потерь энергии, определяющих нагрев на различных этапах работы электродвигателей, потери энергии в электроприводах постоянного тока. Постоянные потери включают в себя потери в стали и механические потери.

Рассмотрим энергетические соотношения при пуске двигателя независимого возбуждения.

Мощность, потребляемая двигателем из сети Р, расходуется на преодоление нагрузки Риех, создание запаса кинетической энергии вращающихся масс электропривода и на покрытие потерь в электродвигателе. Таким образом, при пуске двигателя вхолостую из сети потребляется энергия, равная двойному запасу кинетической энергии якоря, половина ее сообщается якорю в виде кинетической энергии, а вторая половина теряется в сопротивлениях якорной цепи электродвигателя.

Следует подчеркнуть, что при пуске двигателя независимого возбуждения вхолостую от источника постоянного напряжения на потери в переходном режиме не влияет значение тока в якорной цепи, с которым пускается двигатель. Эти потери не зависят от числа пусковых ступеней

136

и их сопротивлений, от формы механических характеристик и от длительности переходного процесса.

Для электроприводов грузоподъемных устройств, где переходные процессы занимают значительное время в рабочем цикле, уменьшение потерь энергии является важной проблемой. Это облегчает тепловой режим двигателя и улучшает экономические показатели работы электропривода.

Для уменьшения потерь нужно снизить запас кинетической энергии электропривода. Этого можно достигнуть путем применения электродвигателя специального исполнения с пониженным значением момента инерции якоря. Применение двух двигателей половинной мощности вместо одного также позволяет уменьшить общий момент инерции привода.

Другим способом уменьшения потерь энергии при пуске является ступенчатое изменение угловой скорости идеального холостого хода, например, если разгон вала двигателя производить в несколько ступеней приложенного к двигателю напряжения в системе управляемый преобразователь.

Аппаратура управления и устройства защиты электроприводов грузоподъёмников

Режимы и условия работы аппаратуры. Режим работы грузоподъемного механизма и его электрооборудования является тем основополагающим требованием, которое закладывается при подборе аппаратуры управления и защиты электроприводов. Судовые грузоподъемные механизмы характеризуются большим разнообразием режимов работы как по значению статической нагрузки и ее продолжительности, так и по частоте включений. Соответствующий запас прочности аппаратуры управления и защиты выбирают исходя из определенных выработанных практикой норм, отнесенных к стандартизированным режимам грузоподъемных механизмов. Все многообразие режимов работы грузоподъемных кранов и их электрооборудования сводится к следующим четырем режимам работы: легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т) и весьма тяжелый (ВТ). В дальнейшем может быть введен пятый режим работы – особо тяжелый с продолжительностью включения до 100 % при числе включений 600 и более в час.

Специфическими особенностями аппаратуры, используемой в грузоподъемных механизмах, являются более высокие требования к износоустойчивости контактных аппаратов и по коммутационной способности, а также работа в повторно-кратковременном режиме с частыми перегрузками в режимах пусков и торможений электроприводов.

Требования, предъявляемые к аппаратуре. Аппаратура грузоподъемных устройств должна отвечать следующим основным требованиям, вытекающим из стандартов на крановые аппараты и аппаратуру низкого напряжения.

Механическая износоустойчивость характеризует аппараты, имеющие движущиеся части, и определяется числом циклов включения-отключения (ВО).

Электрическая износоустойчивость характеризуется допустимым числом циклов ВО токов, наблюдаемых в нормальных условиях эксплуатации. Электрическая износоустойчивость для аппаратов со сменными контактами определяется периодом до смены контактов и составляет 15% механической износоустойчивости для контактов и кулачковых контроллеров и 15% – для реле, переключателей, командоконтроллеров и блок-контактов контакторов.

Для аппаратов с несменными контактами электрическая износоустойчивость равна механической.

Для обеспечения достаточной надежности электрических цепей все контактные соединения должны иметь устройства, предохраняющие от самоотвинчивания, и достаточно высокие контактные нажатия в коммутационных аппаратах.

Электрическая прочность изоляции судовой аппаратуры проверяется переменным синусоидальным током частотой 50 Гц для подтверждения наличия надлежащих запасов прочности в изоляции. Электрическая прочность проверяется между токоведущими частями и корпусом, а также между токоведущими частями разной полярности.

137

Аппаратура должна выдерживать следующие испытательные напряжения в течение одной минуты: 500 В при напряжении сети до 24 В; 1500 В при напряжениях сети до 220 В; 2000 В при напряжениях сети до 500 В.

Для электроприводов грузоподъемных устройств, работа которых при определенных условиях может привести к повреждениям электрооборудования и угрожать безопасности обслуживающего персонала, должно быть предусмотрено ручное отключающее устройство безопасности, обеспечивающее отключение от сети электропривода.

Тормозные устройства большинства грузоподъемных механизмов снабжаются механическими тормозными устройствами нормально замкнутого типа с приводом растормаживания от электромагнитов или электрогидравлических устройств. Это необходимо для точной остановки механизмов, а также для удержания груза или механизма в строго фиксированном положении. В приводах применяются две системы тормозов: пристраиваемые к двигателям тормоза в основном дискового типа с электромагнитным приводом и колодочные тормоза, устанавливаемые на механизмах и имеющие привод от электромагнитов или от электрогидравлических толкателей.

Тормозные электромагниты применяются переменного и постоянного тока, а в зависимости от длины хода якоря они делятся на короткоходовые (ход 1–5 мм) и длинноходовые

(ход 20–120 мм).

Внастоящее время применяется несколько разновидностей приводов тормозов грузоподъемных устройств: электромагниты постоянного тока соленоидного типа с ходом якоря 30–80 мм; трехфазные электромагниты переменного тока с ходом 30–50 мм; электрогидравлические толкатели с приводом переменного тока и ходом рабочего органа 40–60 мм; короткоходовые электромагниты постоянного тока с ходом якоря 3–5 мм; однофазные электромагниты переменного тока с ходом привода 2–3 мм.

Конструктивные особенности тормозных устройств и коммутационной аппаратуры, применяемой в судовых грузоподъемных устройствах, будут рассмотрены ниже.

Устройства защиты. От надежности и исправности работы защиты, от правильной регулировки аппаратов защиты зависит не только нормальная безопасная работа всего электрооборудования, но и безопасность обслуживающего персонала. Поэтому к аппаратам защиты предъявляются весьма жесткие требования.

Для предотвращения работы оборудования в ненормальных и аварийных режимах применяют следующие виды защиты:

- защита от короткого замыкания; - защита от перегрузок; - грузовая защита; - минимальная защита.

Защита от короткого замыкания является защитой мгновенного действия и осуществляется плавкими предохранителями, реле максимального тока и автоматическими выключателями. Вероятность короткого замыкания в электроприводах грузоподъемных механизмов выше, чем в стационарных электроустановках, поэтому эта защита является важнейшим элементом электробезопасности. Защиту от коротких замыканий в цепях управления обычно осуществляют плавкими предохранителями или автоматическими выключателями с уставками не выше 20 А. Защита электродвигателей грузоподъемных механизмов плавкими предохранителями недопустима и на практике не применяется, так как при сгорании предохранителя в одной фазе возможна аварийная ситуация.

Защита от перегрузок – защита от повреждений, вызываемых длительным превышением допустимого по нагреву значения тока. Эта защита с выдержкой времени. Причиной перегрузки может быть неисправность механизма, тормоза или использование другого эксплуатационного режима. Назначение защиты – отключить двигатель при возникновении перегрузки, при этом чем меньше время срабатывания защиты, тем меньше вероятность повреждения электропривода.

Вкачестве элемента защиты используются электромагнитные токовые реле и тепловые реле.

Вгрузовой защите, также как и в защите от перегрузок, контролируется ток, потребляемый электродвигателем. Однако при превышении установленного значения тока

138

электропривод не отключается, а переводится на новый облегченный режим работы, который для него более безопасный.

Минимальная защита обеспечивает безопасную работу электроприводов подъемнотранспортных машин, при которой работающие электродвигатели при уменьшении напряжения сети ниже заданного предела отключаются. Разновидностью минимальной защиты является нулевая, осуществляющая отключение электродвигателей при полном исчезновении напряжения сети. Часто оба вида защиты обеспечиваются одними и теми же аппаратами.

Электроприводы грузоподъемных механизмов, кроме защиты, оборудуются различного вида блокировками, назначение которых – обеспечение возможности возникновения необходимых и устранение возможности возникновения нежелательных состояний в электромеханической системе. Например, нулевая блокировка, обеспечивающая невозможность самопроизвольного запуска электропривода после исчезновения и последующего восстановления напряжения в электрической сети.

Блокировка от перехода механизмами предельного положения осуществляется конечными выключателями.

Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:

139

140

141