Лекция №31. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ И НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (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:

Способы регулирования производительности насосов и вентиляторов

Регулировать производительность насоса или вентилятора – это значит приспособить его к режиму работы системы. У насосов это может быть достигнуто дросселированием со стороны нагнетания и всасывания, обратным перепуском жидкости, изменение скорости вращения двигателя – изменением хода поршня, параллельным или последовательным соединением насосов. У вентиляторов – заслонкой, реверсированием скорости двигателя, последовательным или параллельным соединением.

На судах в основном применяют дросселирование нагнетания как наиболее простой метод, хотя и не самый экономичный. Регулирование осуществляется прикрытием задвижки в напорном трубопроводе или воздухопроводе.

Сопротивление задвижки Нм = ΣξСQ2.

Таким образом, когда искусственно увеличивается сопротивление трубопровода, напор, воспринимаемый насосом, возрастает и производительность его уменьшается. Если напор системы имеет большую статическую составляющую, то потери, связанные с дросселированием нагнетания, относительно невелики.

У центробежного насоса с жесткой характеристикой регулирование производительности задвижкой будет более экономичным, чем в случае круто падающей характеристики.

Если насос работает с прикрытой задвижкой, потеря мощности при регулировании может достигать 70%.

Регулирование производительности изменением скорости вращения – более экономичный способ, чем применение заслонки. Рэл.дв.≡ n3, но надо смотреть характеристики. Располагая характеристиками насоса Н = f(Q) и Р = f(Q) при номинальной скорости, а также nн характеристикой

245

трубопровода Нт = f(Q), можно построить характеристику Р = f(Q) для переменного числа оборотов. По этим кривым увидим, что потребляемая мощность значительно меньше мощности, чем при регулировании задвижкой и примерно равна:

при этом надо учитывать, что КПД электродвигателя на частичных нагрузках становится хуже.

Регулирование скорости вращения

Скорость вращения электродвигателя при постоянном токе можно регулировать изменение последовательного или параллельного сопротивления в цепи якоря, изменение тока в цепи возбуждения, напряжением:

Скорость вращения электродвигателя переменного тока можно регулировать изменением сопротивления в цепи фазового ротора, частоты питания, напряжения или сопротивления на зажимах статора, переключением числа полюсов:

S = f(U, f, 2p, R1, R2, x1, x2, M).

Регулирование скорости изменением сопротивления в цепи якоря или ротора электродвигателя обеспечивает возможность получения двигателя с наименьшими размерами и весом, т.к. номинальные скорости двигателя и механизма равны. Регулирование скорости производится снижением ее по отношению к номинальной. Но при этом возрастает вес аппаратуры управления и сопротивление, однако преобладающим является вес двигателя. Возникают также потери на сопротивлении, но они не пропорциональны снижению оборотов, а меньше, т.к.

момент двигателя снижается пропорционально квадрату скорости, а мощность – кубу. Соответственно снижается и потребляемый ток.

На кривой (рис. 31.1) видно соотношение между скоростью и потребляемым током. Если снизить обороты до 0,5, то ток уменьшится до 0,38Iн и сопротивление реостата определяется:

246

Регулирование оборотов двигателей постоянного тока изменением тока возбуждения сводится к повышению скорости по отношению к

Регулирование скорости АД применением многоскоростных двигателей возможно в этом случае, когда оно ограничено двумя или тремя ступенями. Потери при данном способе отсутствуют, т.к. мощность двигателя на низших скоростях значительно меньше номинальной. Вес двухскоростного двигателя возрастает по сравнению с односкоростным незначительно. Этот способ наиболее приемлем в судовых условиях.

Регулирование скорости двигателей переменного тока с помощью управляемого дросселя насыщения, включаемого в цепь статора

Изменение величины тока подмагничивания, составляющего 3–5% величины переменного тока, можно в широких пределах изменять индуктивность дросселя. Такой способ регулирования целесообразно применять, когда необходимо регулировать скорость в малых пределах. При этом решаются две задачи: регулирование скорости и ограничение пучкового тока. Потери при регулировании также невелики. Но при этом двигатель должен выбираться с высоким пусковым и максимальным моментом. Кроме того, добавляется вес дросселя.

Регулирование скорости насосов и вопросы устойчивости

247

Когда статическое сопротивление системы возрастает, может наступить момент, при котором произойдет срыв работы системы (например, качаем в цистерну, к которой уровень (сопротивление) растет, и жидкость из цистерны может вытекать через насос).

Неустойчивая работа насоса может иметь место и при изменении скорости вращения насоса. Насос прекратит подачу жидкости при числе оборотов, которые будут ниже числа оборотов обеспечивающего преодоление сопротивление системы.

Если нормальный напор имеет большую статическую составляющую, нельзя снижать скорость вращения центробежного насоса, т.к. при снижении скорости вращения (частоты сети) примерно на 10% производительность падает до 0.

Причиной, вызывающей снижение скорости двигателя, может быть также колебание напряжения сети (рис. 31.2), вызванное пуском мощного двигателя или провал напряжения, вызванный коротким замыканием с последующим восстановлением напряжения после отключения к.з. Поэтому для ответственных электроприводов насосов следует производить проверку работы системы при колебаниях напряжения.

Рисунок 31.2 - Механическая характеристика АД

при снижении напряжения

Определение мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя рассчитываем по формуле:

При выборе двигателя следует учитывать условия пуска. Для поршневых насосов и компрессоров, сразу работающих на противодавление и имеющих большие маховые массы следует выбирать двигатель, имеющий пусковой момент 1,5–2,2 Мн.

Пуск центробежных насосов и вентиляторов легкий и момент сопротивления < Мн. По мере разгона двигателя момент растет. Мощность выбирается на 15–20% больше расчетной, т.к.

Проверка выбранного двигателя по условиям нагрева при пуске

Двигатели переменного тока при пуске насоса, обладающего большим маховым моментом, следует выбирать не только в зависимости от номинальной мощности, но и условий пуска. В ряде случаев продолжительность настолько велика, что возникает опасение перегрева двигателя.

Перегрев двигателя определяется:

где t П – время пуска.

248

(1,05);

Cм – удельная теплоемкость (390 дж/кг ·оС).

Если за время разгона tп превысится допустимая температура (например, 100 оС), необходимо выбрать двигатель большой мощности.

Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:

249

250

251

24. что описывает эта диаграмма? а) Механическая характеристика АД при снижении напряжения б) Механическая характеристика АД при броске токов

в) Электрическая характеристика двух ЭД г) Механическая характеристика АД при падении момента

252