Автоматические швартовные лебедки

При размыкании контакта SA7 теряет питание катушка контактора малой скорости КМ6, в результате чего:

- размыкаются главные контакты КМ6, отключающие основную обмотку от преобразователя частоты.

- замыкается контакт КТ6 в цепи питания катушек контакторов средней и большой скоростей.

- размыкается контакт КМ6 в цепи питания реле ускорения КТ1.

- размыкается контакт КМ6 в цепи питания реле контроля KL4.

- размыкаются контакты КМ6 в цепи питания реле управления преобразователем KL2 и KL3.

При замыкании контакта SA8 получает питание катушка контактора средней скорости КМ7. Контактор КМ7 срабатывает, в результате чего:

- замыкаются главные контакты КМ7, подключающие основную обмотку (12С1 - 12С3) к сети.

- размыкаются контакты КМ7 в цепях питания катушек контакторов малой и большой скоростей КМ6 и КМ8 соответственно, что исключает одновременное подключение двух обмоток двигателя к сети.

- замыкается контакт КМ7 в цепи питания реле контроля KL4.

Реле ускорения КТ1 с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи питания контактора КМ8, подготавливая переход на большую скорость. Контактор контроля напряжения преобразователя отключается, его контакт КМ10 в цепи питания реле контроля KL4 разомкнут.

Электродвигатель переходит на среднюю скорость, при которой он может выполнять швартовные операции с номинальной нагрузкой.

Рукоятка командоконтроллера в положении «3».

При этом замыкается контакт командоконтроллера SA9, контакты SA5, SA10 остаются замкнутыми, размыкаются контакты SA8, SA11.

При размыкании контакта SA8 теряет питание катушка контактора средней скорости КМ7, в результате чего:

- размыкаются главные контакты КМ7, отключающие основную обмотку от сети;

- размыкается контакт КМ8 в цепи питания катушек контакторов малой и средней скоростей КМ6 и КМ7 соответственно;

- замыкаются контакты КМ7 в цепях питания катушек контакторов КМ6 и КМ8;

- размыкается контакт КМ7 в цепи питания реле контроля KL4.

При замыкании контакта SA9 получает питание катушка контактора большой скорости КМ8. Контактор КМ8 срабатывает, в результате чего:

- замыкаются главные контакты КМ8, подключающие обмотку большой скорости (4С1 - 4С3) к сети;

- замыкается контакт КМ8 в цепи питания реле контроля KL4;

- размыкается контакт КМ8 в цепи шунтировки тепловой защиты, исклюсчающий возможность работы на большой скорости без тепловой защиты. При размыкании контакта SA11 реле KL1 не теряет питания, т.к. контакт SA11 зашунтирован контактом KL1.

ЭД переходит на большую скорость, на которой выполняются швартовные операции с ненагруженным тросом.

Во всех трех положениях рукоятки командоконтроллера горят лампы «Ручное управление» и «Лебедка подготовлена».

ЭП в сторону «Травить» аналогична работе электропривода в сторону «Выбирать». Отличие заключается в том, что при переводе рукоятки командоконтроллера в первое, второе и третье положение вместо контакта SA5 замыкается контакт SA6. Таким включением обеспечивается питание катушки контактора КМ5, который своими главными контактами переключает фазы электродвигателя. Двигатель меняет направление вращение на противоположное.

В скоростном режиме на третьей скорости на положениях командоконтроллера «Травить» отсутствует контроль натяжения каната (контакт КМ5 шунтируется контакт SQ3), т.к. предполагается, что травление каната на большой скорости приведет к быстрому уменьшению натяжения каната.

Остановка электропривода.

Для остановки электропривода рукоятка командоконтроллера устанавливается в положение «0». При этом теряют питание катушки контакторов направления и скоростей, тормоза электродвигателя. В результате этого разрывается цепь главного тока электродвигателя лебедки. Электродвигатель отключается от сети и затормаживается.

2.2.2 Работа электропривода лебедки в автоматическом режиме

В автоматическом режиме управление электродвигателем лебедки осуществляется силоизмерительным устройством через систему передач и электроаппаратуру панели автоматического режима лебедки, в зависимости от натяжения каната, вызванного внешними причинами: погрузка, разгрузка, шлюзование судна, ветер, приливы, отливы, морская зыбь и т.п. Включение электродвигателя лебедки с сторону «Травить» или «Выбирать» с малой скоростью осуществляется под воздействием импульса, поступающего от переключателей, встроенных в панель автоматического режима.

Подготовка к работе в автоматическом режиме производится в той же последовательности, что и при ручном управлении.

Включение автоматического режима работы.

Нажимается кнопка включения автоматического режима SQ6. При этом получает питание катушка контактора автоматического режима работы КМ2. Контактор КМ2 срабатывает, в результате чего:

- замыкается контакт КМ2, шунтирующий кнопку SQ6;

- замыкается контакт КМ2 в цепи питания реверсивных контакторов направления КМ3, КМ5;

- замыкается контакт КМ2, подготавливающий включение контактора малой скорости КМ6;

- замыкается контакт КМ2, подготавливающий работу реле времени КТ2;

- замыкается контакт КМ2 в цепи питания лампы автоматического режима;

Лампа загорается. При номинальном натяжении каната двигатель отключен и заторможен.

Автоматическое поддержание натяжения каната.

Изменение натяжения швартовного каната вызывает поворот барабана лебедки. Через планетарную передачу, силоизмерительное устройство и систему рычагов поворот барабана вызывает поворот вала с кулачковыми шайбами в ту или иную сторону в зависимости от знака разности между величиной натяжения каната на барабане и величиной усилия настройки силоизмерительного устройства. Кулачковые шайбы воздействуют на блок переключателей.

При натяжении швартовного каната, равном номинальному, контакты блока переключателей SQ4, SQ5, SQ8, SQ1,SQ2 разомкнуты, контакт SQ3 - замкнут.

При падении натяжения каната замыкается контакт SQ4, подготавливая включение электродвигателя в направлении «Выбирать». Продолжающее падение натяжения каната вызывает замыкание контакта SQ1. При достижении нижнего предела усилий диапазона регулирования замыкается контакт SQ2, замыкая цепь питания реле времени КТ2, в результате чего:

- замыкается контакт КТ2 в цепи питания реле времени КТ2;

- замыкается контакт КТ2 в цепи питания катушки контактора направления КМ3.

При этом получает питание катушка контактора КМ3, он срабатывает и контактом КМ3 включает цепь питания катушки контактора тормоза КМ4, а также подготавливает силовую цепь питания электродвигателя.

Контактор КМ4 срабатывает, своим контактом подключает в цепь питания катушку контактора малой скорости КМ6. Контактор КМ6 срабатывает, своими главными контактами КМ6 подключает ЭД к преобразователю частоты. Одновременно срабатывает реле управления преобразователем KL2, замыкаются контакты KL2 в цепи управления преобразователем, который формирует частоту около 6 Гц, что соответствует скорости троса, составляющей около 20% номинальной. Происходит плавное выбирание швартовного троса. Электродвигатель растормаживается и начинает работать со скоростью, составляющей около 20% номинальной в направлении «Выбирать», обеспечивая увеличение натяжения швартовного троса.

По мере увеличения натяжения швартовного каната поворачиваются кулачковые шайбы устройства переключений автоматики, последовательно воздействуя на переключатели. Первым размыкается контакт переключателя SQ2, затем контакт SQ1, обесточивая катушку реле времени КТ2. Реле КТ2 с выдержкой времени разомкнет свой контакт КТ2 в цепи питания катушки контактора направления КМ3. Контакты КМ3 отключают ЭД от сети.

Благодаря выдержке времени реле КТ2 достигается номинальное натяжение каната, контакт SQ4 размыкается. Натяжение каната и усилие силоизмерительного устройства находятся в равновесии. ЭД лебедки отключен и заторможен.

В случае увеличения натяжения каната выше заданного замыкается контакт SQ5, подготавливающий включение контактора направления КМ5. В остальном система автоматического поддержания натяжения каната работает аналогично.

Отключение автоматического режима работы.

Нажимается кнопка SQ7, при этом разрывается цепь питания катушки контактора автоматического режима работы КМ2. При этом размыкаются контакты КМ2 в цепи питания катушек контакторов направления КМ3 и КМ5, контактора малой скорости КМ6, реле времени КТ2. Лампа автоматического режима работы гаснет. Электродвигатель отключается и затормаживается ( в том случае, если в момент отключения он вращался), а воздействие контактов реле автоматического режима на систему управления электродвигателем лебедки прекращается.

2.2.3 Защита и блокировки

Электрическая часть лебедки имеет следующие виды защиты:

- нулевую защиту электропривода лебедки, осуществляемую контактором нулевой защиты КМ1, который размыкает свой контакт в цепи управления электродвигателем лебедки при исчезновении или значительном снижении напряжения. Электродвигатель отключается от сети и затормаживается. При восстановлении напряжения ЭД самопроизвольно не включается, повторный пуск ЭД лебедки может быть произведен только через нулевое положение командоконтроллера переводом его в рабочее положение;

- защиту от перегрузок, осуществляемую электротепловым реле КК1-КК3, грузовым реле КК4. Реле КК1 - КК3 при перегрузке электродвигателя своими контактами разрывают цепь питания контактора нулевой защиты, в результате чего электродвигатель отключается от сети и затормаживается.

Для снижения тепловой нарузки ЭД в тяжелых условиях работы схемой предусмотрено автоматическое переключение с наивысшей скорости на среднюю после 5 - 10 сек. работы при скорости близкой к нулю. Это переключение осуществляется под воздействием грузового реле KL1 защиты. При срабатывании реле КК4 на третьем положении командоконтроллера размыкается цепь катушки реле грузовой защиты KL1; контакты этого реле прекращают питание катушки контактора большой скорости КМ8 и подают питание на катушку контактора средней скорости КМ7. Происходит соответствующее переключение обмоток электродвигателя без перерыва питания цепи тормоза. На средней скорости может осуществляться работа при перегрузке 200 - 220% в течение одной минуты. При особо неблагоприятных условиях может оказаться, что время работы с перегрузкой превышает допустимое и срабатывают реле защиты КК1, КК2. Для завершения операции в этом случае рукоятку командоконтролера возвращают в нулевое положеие, замыкают и удерживают в таком положении выключатель S2, а затем командоконтроллер переводят во второ положение. Работа в этих условиях допускается в течение времени не превышающего 1мин. В схем имеется амперметр, включенный через трансформатор тока в главную цепь. После охлаждения нагревательных элементов контакты электротепловых реле автоматически возвращаются в замкнутое состояние:

- защиту от коротких замыканий цепей управления, осуществляемую плавкими предохранителями FU1 и FU2;

- защиту от обрыва цепей питания реле, осуществляемую реле KL4;

- защиту преобразователя частоты от токов короткого замыкания, обрыва фаз, осуществляемую автоматическим выключателем QF и контактором контроля напряжения преобразователя;

- все электрооборудование лебедки имеет защитное заземление;

- в автоматическом режиме реле времени КТ2 замыкает свои контакты с выдержкой времени для исключения ложных срабатываний;

- при работе лебедки в скоростном режиме на третьей скорости в направлении «Выбирать» и возникновении предельного натяжения каната скоростной режим отключается - лебедка переключается на работу с номинальной скоростью (если не успевает сработать грузовое реле КК4); размыкается контакт SQ3;

- при возникновении чрезмерного усилия в канате замыкается контакт SQ8, подавая питание на контактор сигнала чрезмерного усилия. Контактор КМ9 срабатывает, разрывая своим контактом КМ9 цепь питания катушки контактора направления КМ3. ЭД отключается от сети и затормаживается. Загорается сигнальная лампа «Чрезмерное усилие». При снятии сигнала чрезмерного усилия теряет питание катушка контактора КМ9, снова возможна нормальная работа лебедки.

Электрическая часть лебедки имеет следующие виды блокировок:

- фиксация защелкой рукоятки командоконтроллера в нулевом положении;

- механическая блокировка, исключающая одновременное включение контакторов направлений КМ3 и КМ5;

- электрическая блокировка, исключающая одновременное включение контакторов КМ3 и КМ5, Осуществляемая контактами КМ5 и КМ3;

- блокировка, исключающая одновременное включение контакторов скоростей КМ6, КМ7 и КМ8, осуществляемая контактами КМ6, КМ7, КМ8.

- блокировка обеспечивающая отключение и затормаживание ЭД при несрабатывании одного из контакторов скоростей, осуществляемая реле контроля сборки схемы KL4.

- при наличии предельного натяжения каната лебедка не включается в направлении «Выбирать» в скоростном режиме (разомкнут контакт SQ3).

- при переводе рукоятки командоконтроллера из нулевого в любое рабочее положение автоматический режим отключается. Лебедка работает на заданном рабочем положении рукоятки;

- при шунтировании тепловой защиты переключателем S2 исключается работа в этом режиме на третьей скорости (размыкается контакт КМ8 в цепи шунтировки защиты).

- блокировка, обеспечивающая плавный разгон на второй скорости и переход с выдержкой времени на третью скорость при внезапном переводе из первого положения рукоятки командоконтроллера в третье, осуществляется контактами реле ускорения КТ1.

2.3 Выбор преобразователя частоты непосредственного типа и его обоснование

2.3.1 Принцип действия ПЧН

Преобразователи частоты с непосредственной связью (ПЧН) являются устройствами, преобразующими переменное напряжение питающей сети с частотой f1 в напряжение другой частоты f2 при помощи тиристоров с импульсно - фазовым управлением, коммутируемых напряжением силовой цепи.

На Рис. 2.6. показана структурная схема простого ПЧН с m₁ - фазным входом и 3-ех фазным выходом на асинхронный короткозамкнутый электродвигатель.

Рис.2.6.

В момент t = 0 при нулевом токе нагрузки группа тиристоров 1В включается в выпрямительном режиме. К нагрузке прикладывается положительное напряжение U_нг , и ток нагрузки нарастает в положительном направлении. По команде задающего генератора 3Г, поступающей в систему управления СУ, группа 1В переводится в инверторный режим. При этом напряжение U_нг на нагрузке становится отрицательным, ток начинает уменьшаться и в момент t = t₂ становится равным нулю. Далее в выпрямительном режиме включается уже группа 2В и ток нагрузки нарастает в противоположном направлении до следующей команды задающего генератора при t = t₃. С этого момента группа 2В работает в инверторном режиме, пока I_нг не уменьшится до нуля при t = T₀ , после этого в выпрямительном режиме начинают работать тиристоры группы 1В и процессы повторяются. Частота выходного напряжения определяется длительностью промежутков времени пропускания тока обеими группами тиристоров. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением угла открывания тиристоров. Возможны два способа управления тиристорными группами: совместное и раздельное управление. Первый способ предполагает одновременную согласованную подачу импульсов на обе группы тиристоров, причем на одну из них в определенном временном интервале импульсы подаются при работе тиристоров в выпрямительном режиме, а на другую - в инверторном. При раздельном управлении в любом временном интервале импульсы поступают на одну группу тиристоров, а другая в это время заперта. Основное применение имеют преобразователи с раздельным управлением, причем для ЭП большой мощности переключение групп тиристоров осуществляется с помощью датчиков тока, а для ЭП малой и средней скоростей применяется ПЧН с раздельным программным управлением.

Основными положительными качествами ПЧН по сравнению с преобразователями инверторного типа являются малые габариты, высокий КПД, обусловленный однократным преобразованием энергии, а также простота обеспечения режима рекуперативного торможения.

2.3.2 Классификация ПЧН и их схемы

Преобразователи частоты с непосредственной связью классифицируются по следующим признакам:

1. Числу фаз питающей сети и на выходе преобразователя;

2. Числу пульсаций в кривой выходного напряжения за период напряжения питающей сети при неизменном угле управления ;

3. Способу соединения тиристоров в группе;

4. Способу связи с питающей сетью;

5. Способу управления группами тиристоров;

Классификация ПЧН, применяемых для судовых электроприводов, по указанным признакам приведена на Рис.2.7.

Для судовых электроприводов мощностью от 5 до 75 кВт основное применение имеют наиболее простые трехфазно - трехфазные трехпульсные преобразователи, выполненные по нулевой схеме на 18 тиристорах с раздельным программным управлением группами тиристоров и трансформаторной связью с питающей сетью, а для ЭП мощностью от 50 до 100 кВт - трехфазно - трехфазные шестипульсные преобразователи, выполненные по мостовой схеме на 18 тиристорах с раздельным управлением группами тиристоров по сигналу от датчика тока и дроссельной связью с питающей сетью. Силовые схемы ПЧН обоих типов приведены на Рис.2.8 (а, б).

а) с нулевыми тиристорными группами;

б) с мостовыми тиристорными группами.



Рис.2.7. Классификация ПЧН

Рис.2.8. Силовые схемы ПЧН



Рис. 2.9 Силовая схема преобразователя.

В преобразователях с совместной работой тиристорных групп необходимы дополнительные реакторы, ограничивающие ток между группами, а углы управления тиристорных групп должны изменяться таким образом, чтобы было исключено появление составляющей (постоянной) уравнительного тока. Преобразователи с совместной работой групп тиристров характеризуется повышенной типовой мощностью силовых элементов и в следствие этого в судовых ЭП не нашли широкого применения.

Для ЭП мощностью более 100 кВт применяются трехфазно - трехфазные шестипульсные преобразователи, выполненные по мостовой схеме на 36 тиристорах, потенциальным разделением фаз нагрузки и дроссельной связью с питающей сетью. Схема такого преобразователя представлена на Рис.2.9. И наконец для наиболее мощных электроприводов оказывается целесообразным применение трехфазно - шестифазных двенадцатипульсных преобразователей.

2.3.3 Выбор схемы преобразователя частоты и его обоснование

На основании вышесказанного выбираем схему 3х фазно - 3х фазного трехпульсного преобразователя, выполненного по нулевой схеме на 18 тиристорах и трансформаторной связью с питающей сетью. Схема преобразователя показана на Рис. 2.8 (а).

В соответствии с изложенным преобразователь выполняет только функции регулирования скорости в нижней зоне. Регулирование в зоне других скоростей осуществляется выходом на напряжение сети и переключением числа пар полюсов исполнительного двигателя. Поэтому для таких ЭП целесообразно использовать наиболее простой преобразователь, собранный по 3х фазной нулевой схеме с подключением на сеть от понижающего трансформатора 380 / 220 В, соединенного по схеме “звезда / звезда”.

Выходная частота преобразователя:

N - число участков синусоид, расположенных в полупериоде выходного напряжения;

m - число тактов выпрямления. Соответственно верхняя выходная частота такого преобразователя составляет:

При известной мощности ЭП Р мощность преобразователя должна определяться выражением:

- относительное значение верхнего предела выходной частоты преобразователя;

- диапазон регулирования скоростей, обеспечиваемый электромашинным регулированием.

Общее выражение для габаритной мощности преобразователей непосредственного типа можно записать в следующем виде:

- коэффициент, определяемый схемой вентильных звеньев преобразователя и соотношением между средним и действующим значением тока вентиля в этих схемах;

- коэффициент, учитывающий реальные условия вентиляции;

- номинальный паспортный ток вентильного элемента;

- напряжение сети;

- коэффициент, учитывающий потери напряженя в вентильныз звеньях и условия стабилизации выходного напряжения;

Для принятой схемы преобразователя:

= 5

= 0,25 (естественное охлаждение)

= 0,4

= 1,25.

Поскольку управление от преобразователя осуществляется в рассматриваемых системах только на малых скоростях, мощность рекуперации составляет 10 - 20% от мощности электропривода, и практически передача электроэнергии в сеть имеет место при частотах выше 15 Гц. Поэтому управление группами вентилей целесообразно осуществлять путем раздельного программного управления, что позволяет построить силовую схему преобразователя без уравнительных дросселей.

2.3.4 Выбор силовых элементов и типа преобразователя

Мощность преобразователя:

Выбираем преобразователь частоты типа ТТС 16, который имеет следующие технические данные:

Схема преобразователя - нулевая (Рис. 2.8 (а);

Диапазон регулирования:

- первой гармоники напряжения, В - 25 - 150;

- выходной частоты, Гц - 3 - 20;

Ток в режиме ПВ = 40%, А - 63;

Ток максимальный, А - 135;

Габаритные размеры, мм - 1155*770*292;

Масса, кг - 120.

Итак, мощность преобразователя 16 кВт.

Номинальный ток тиристоров:



Выбираем тиристоры типа Т100 - штыревые, основу которых составляет кремниевая четырехслойная структура, вмонтированная в герметичный металлостеклянный корпус, предохраняющий ее от влияния внешних воздействий и обеспечивающий необходимый теплоотвод при работе тиристоров. Анодом тиристора является медное основание корпуса, имеющее шпильку с резьбой для ввинчивания тиристора в охладитель, катодом - гибкий медный вывод с наконечником. Управляющий электрод выведен в сторону катода. Он припаян к втулке, изолированной от корпуса стеклоизолятором.

2.4 Понятие о частотном регулировании

2.4.1 Законы частотного управления

Под законом частотного управления понимается соотношение между частотой и напряжением, подаваемыми на статор АД и обеспечивающими соответствие характеристик двигателя и статической нагрузки. В общем случае закон частотного управления определяется зависимостью:

Следует отметить, что только при непрерывном управлении напряжением в функции всех трех указанных параметров может быть обеспечено оптимальное по определенному закону (критерию) управление частотно - регулируемым электродвигателем. Однако, реализация такого управления является сложной технической задачей. Поэтому на практике управление осуществляется по более простым законам. Закон частотного регулирования, с одной стороны определяет характеристики электропривода, а с другой - структуру построения преобразователя и системы привода. Выбор закона регулирования должен определяться конкретными условиями электропривода.

2.4.2 Основные соотношения при частотном управлении

Частотное регулирование по сравнению с другими способами имеет ряд важных преимуществ: регулирование происходит без потерь скольжения, возможно плавное изменение скорости и формирование необходимых механических характеристик и, что особенно существенно, обеспечивается возможность использования в регулируемых ЭП короткозамкнутых машин. При анализе свойств АД в системе частотного управления применяют Т - образную схему замещения, приведенную на Рис.2.10. При этом:

параметр частоты

параметр абсолютного скольжения:

параметр напряжения:

здесь:

f₁, f₂, f₃ - частоты соответственно питающего напряжения, номинального и тока статора;

- отношение абсолютного скольжения к синхронной скорости при частоте f_1н, U_ф, U_фн - действующие фазные значения напряжения питания текущее и номинальное.

Рис.2.10. Т - образная схема замещения

Основные зависимости, характеризующие работу двигателя, определяются из схемы замещения и имеют следующий вид:

Выражение момента через поток:

В приведенных выражениях

Частота вращения

Таким образом, момент двигателя является функцией трех параметров . В общем случае напряжение регулируется в функции частоты и нагрузки, т.е .

2.4.3 Классификация законов частотного управления

Законы частотного управления можно разделить на три основные группы: 1) управление напряжением только в функции частоты по заданной зависимости 2) непрерывное управление напряжением в функции частоты и параметра скольжения , обеспечивающее компенсацию падения напряжения в сопротивлениях статора. Частным случаем такого управления является поддержание постоянного потока; 3) оптимальное управление по минимуму потерь тока или других параметров АД. Поэтому обычно регулирование осуществляется по законам первой и второй групп с дополнительным регулированием напряжения в функции нагрузки пропорционально Основная цель введения коэффициента - устранить насыщение двигателя при уменьшении нагрузки и тем самым улучшить энергетические показатели машины. К первой группе законов управления относится закон , который получил название основного закона частотного управления и был впервые установлен академиком М.П. Костенко для идеализированного двигателя. Управление по законам обеспечивает постоянство параметра скольжения при заданной частоте.

Управление по законам обеспечивает постоянство частоты тока ротора во всем диапазоне регулирования.

2.4.4 Рекомендации по выбору законов частотного управления

1. Законы регулирования не обеспечивают корректировку напряжения в функции нагрузки, что приводит к снижению перегрузочной способности с уменьшением частоты.

2. Частотное управление с компенсацией падения напряжения на сопротивлениях статора по закону обеспечивает постоянство перегрузочной способности на всех частотах и может применяться при любых характеристиках нагрузки.

3. Законы частотного управления и с корректировкой напряжения по моменту нагрузки обеспечивают работу двигателя с постоянной частотой ротора, причем в первом случае частота ротора f₂ = const при f₁ = const, а во втором f₂ = const при произвольном изменении частоты статора. Эти законы применимы для тех механизмов, что и основные законы (без корректировки по моменту), однако обеспечивают более высокие экономические показатели.

4. Законы регулирования по минимуму потерь или тока двигателя целесообразны для механизмов, габариты исполнительных двигателей которые определяются потерями, а не максимальным моментом. Однако реализация управления по оптимальным законам является весьма сложной. Для упрощения реализации системы рекомендуется применять управление по минимуму потерь в наиболее характерных режимах.

2.5 Система управления преобразователем частоты

2.5.1 Принцип действия системы управления преобразователем частоты

Упрощенная блок - схема системы управления преобразователем частоты приведена на Рис. 2.11. Как видно из рисунка она включает следующие основные звенья:

1. Входное устройство ВУ, осуществляющее преобразование управляющего сигнала в напряжение:

- трехфазное низкой частоты, причем частота и порядок следования фаз этого напряжения определяются соответственно величиной и полярностью управляющего сигнала;

- постоянного тока, величина которого изменяется в соответствии с заданной зависимостью изменения напряжения на зажимах приводного двигателя от его частоты.

2. Три идентичных блока управления БУ1, БУ2, БУ3, каждый из которых задает длительность работы обеих полуфаз преобразователя частоты в выпрямительном и инверторном режимах.

3. Три фазосмещающих устройства ФСУ1, ФСУ2, ФСУ3, которые задают величину углов регулирования каждой фазы ПЧ в выпрямительном () и в инверторном () режимах.

Рис. 2.11. Схема системы управления преобразователем частоты.

4. Три блока форсирования импульсов БФИ1, БФИ2, БФИ3, управляющих моментами зажигания тиристоров.

5. Блок питания БП.

Управляющий сигнал подается на вход входного устройства ВУ, в котором он преобразуется в трехфазное напряжение низкой частоты.

Частота выходного трехфазного напряжения задается величиной управляющего сигнала, чередование фаз - его полярностью. Изменение полярности управляющего сигнала приводит к реверсу АД. Одновременно в ВУ управляющий сигнал преобразуется в постоянное напряжение, величина которого определяется заданным законом изменения угла регулирования тиристоров в зависимости от значения частоты на выходе. С выхода ВУ трехфазное напряжение поступает на фазосмещающие устройства ФСУ. Одновременно сюда же с выходного устройства поступает постоянное напряжение. Величина его определяется заданным законом изменения угла регулирования тиристоров ПЧ, обеспечивающим постоянную перегрузочную способность АД. Таким образом амплитуда этого постоянного напряжения определяет величину углов регулирования и работы каждой полуфазы ПЧ. С выхода ФСУ напряжение поступает на блоки формирования импульсов БФИ, где происходит формирование управляющих импульсов для управляемых тиристоров.

2.6 Сушка судовых электрических машин

Общие положения.

Сушка СЭМ производится с целью удаления влаги из увлажненной и имеющей пониженное сопротивлении изоляции машины, а также с положениями ПТЭ. Перед сушкой машины необходимо выполнять продувку и чистку. Во избежание излишней потери тепла во время сушки машина должна быть защищена снаружи от окружающего воздуха, т.е. необходимо обеспечить ее теплоизоляцию, но при этом нужно сохранить вентиляцию, способствующую удалению влаги. При этом должен быть обеспечен строгий контроль температуры обмоток, стали и выходящего из машины воздуха (температура его не должна превышать 65С). Нагревать обмотку и сталь нужно постепенно, т.к. при быстром нагреве соотношение температур элементов внутренних частей машины и наружных может оказаться неблагоприятным.

При сушке СЭМ средней и большой мощности скорость нагрева должна быть в соответствии с инструкциями заводов - изготовителей (фирм). Скорость подъема температуры таких СЭМ не должна превышать 4 - 5С в 1 час.

Обычно в начале сушки сопротивление изоляции понижается по мере нагревания машины минимального значения, затем начинает интенсивно возрастать. При этом не следует прекращать процесс сушки. В конце сушки сопротивление изоляции становится практически постоянным. При установившейся величине сопротивления изоляции и неизменном значении коэффициента абсорбции сушка СЭМ малой и средней мощностей должна продолжаться в течение 3 - 4 часов, а машин большой скорости - 5 - 10 часов.

При сушке сильно увлажненных обмоток для обеспечения эффективности сушки целесообразно нагрев обмоток повышать до 102 - 105С.

Существует несколько методов сушки электрических машин.

Сушка электрических машин внешним нагреванием.

При сушке внешним нагреванием наиболее эффективно использовать переносные калориферы, состоящие из вентилятора с асинхронным приводом и электронагревателя. Для обеспечения эффективного нагрева машины необходимо снять нагреватель мощностью, определяемой из расчета 0,5 - 1 Вт на 1 кг массы машины. Можно также для этой цепи наряду с сушильными шкафами (для сушки небольших машин) использовать электрогрелки, гирлянды ламп накаливания, сопротивления. При этом нужно избегать перегрева мест паек токоведущих частей машины. Этот метод может быть рекомендован для сушки всех машин и является обязательным при сушке сильно отсыревших машин с сопротивлением изоляции ниже 0,1 МОм. Эффективен метод сушки внешним обогревом от специальных ламп с инфракрасным излучением, выпускаемых на 250, 500, 1000 В.

Сушка асинхронного двигателя посторонним источником постоянного или однофазного тока.

При сушке этим методом если начала и концы обмоток фаз статора выведены в коробку ЭД, ток пропускается последовательно через Обмотки всех фаз (Рис. 2.14 а).

Рис. 2.14

Если начала и концы обмоток фаз не выведены, ток пропускается, как указано на Рис. 2.14, б (при соединении обмоток треугольником) и 2.14, в (при соединении обмоток звездой). Значение тока сушки устанавливают равным 0,5 - 0,7 номинального значения тока ЭД. При однофазном токе значение напряжения, подводимого к ЭД, должно составлять 0,2 - 0,3 номинального значения напряжения ЭД. Ротор электродвигателя должен быть неподвижен. При сушке постоянным током включение и выключение его во избежание пробоя изоляции обмоток должно приводиться через реостат. Интенсивность сушки регулируется изменением тока или периодическим его отключением.

Если соединения между обмотками фаз двигателя выполнены внутри него и на щиток коробки выводов выведены только 3 конца, то ток подается попеременно на каждую пару выводов с переключением через каждый час и перестановкой перемычки (Рис. 2.14, б и в)

Сушка током короткого замыкания асинхронных двигателей.

Сушка этим методом производится при заторможенном роторе. У двигателя с фазным ротором обмотки ротора (выводы) должны быть замкнуты накоротко. В этом случае для получения номинального тока к статору должно быть подведено номинальное напряжение, равное обычно 0,15 - 0,25 номинального. Если двигатель с фазным ротором, можно подводить питающее напряжение и к заторможенному ротору. В этом случае статорная обмотка должна быть закорочена. При сушке АД с фазным ротором методом короткого замыкания наряду с указанными мерами контроля необходим контроль за температурой бандажей, которая не должна быть выше 95.

Индукционный метод сушки.

Основан на принципе электромашинной индукции. На статор (станину) машины переменного тока наматывают специальную намагничивающую обмотку, через которую пропускают однофазный переменный ток (Рис.2.15). Нагрев машины происходит за счет потерь в стали. Сушка этим методом асинхронных машин производится при вынутых роторах из - за трудностей по размещению намагничивающей обмотки. С учетом Эффективности этого метода сушки приведем некоторые соотношения:

- число витков намагничивающей обмотки при частоте переменного тока 50 Гц:

,

U - напряжение приложенное к обмотке, В;

B - магнитная индукция, Тл (В = 0,6 - 0,8 Тл)

Q - площадь активного сечения спинки статора, см².

Рис 2.15.

Значение намагничивающего тока:

- средний диаметр витка по активной стали, см;

Н - напряженность магнитного поля, А/см.

Глава 3. Технико-экономическое обоснование

3.1 Технико-экономические расчеты

В настоящем дипломном проекте разработан вариант системы с совместными частотным и электромашинным регулированием.

Расходы по разработке этой системы включают:

1. Стоимость комплектующих узлов.

2. Затраты на сборку и монтаж.

3. Дополнительную заработную плату производственных рабочих.

4. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

5. Отчисления на социальные нужды.

6. Цеховые расходы.

7. Общезаводские расходы.

Табл. 3.1. Количество и стоимость комплектующих узлов.

№ п.п.	Наименование готовых изделей	Тип (краткое техническое описание)	количество	Цена за ед. млн.руб	Сумма
1	Электродвигатель	МАП - 621 - 4/12 (2ух скоростоной асинхронный короткозамкнутый	1	12	12
2	Преобразователь частоты с трансформатором	ТТС - 16 (непосредственного типа)	1	5,5	5,5
3	Магнитный контроллер	БТ - 94 (переменного тока)	1	2,08	2,08
4	Командоконтроллер	КТ - 016 (степень защищенности IP56)	1	0,21	0,21
5	Итого				19,8

Табл. 3.2. Затраты на сборку и монтаж.

Виды работ	Трудоемкость, ч	Средний тарифный разряд	Часовая ставка по среднему тарифному разряду, тыс. руб	Заработная плата, тыс. руб
Слесарные	36	5	4	144
Намоточные	40	6	5	200
Изоляционные	30	5	4	120
Сборка, монтаж	32	6	5	160
Регулировка	16	10	9	144
Испытание и снятие характеристик	40	10	9	360
Итого	194			1128

Расчет затрат по статьям 3 - 7 сведем в Табл. 3.3.

№ п.п.	Статья	Сумма, тыс.руб	Примечание
1	Дополнительная заработная плата производственных рабочих	226	20% от стоимости (табл.3.2.)
2	Отчисления на социальные нужды	541	40% от суммы (табл.3.2 + табл.3.3. п.3)
3	Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	902	80% от табл. 3.2
4	Цеховые расходы	1353	180% от табл. 3.2
5	Общезаводские расходы	2820	250% от табл. 3.2

На основании вышеприведенных расчетов составим сводную смету затрат по разработке и монтажу данной системы.

Табл. 3.4. Сводная смета затрат.

№ п.п	Статья	Сумма, млн. руб
1	Комплектующие изделия	19,8
2	Основная заработная плата	1,128
3	Дополнительная заработная плата	0,226
4	Отчисления на социальные нужды	0,541
5	Накладные расходы	5,08
6	Итого	26,775

Исходя из приведенных технико - экономических расчетов можно сделать вывод, что данная система достаточно эффективна в техническом и достаточно приемлема в экономическом отношении.

Глава 4. Гражданская оборона

4.1 Определение условий повреждения механизма автоматической швартовной лебедки при возможном взрыве

В настоящее время имеют частые диверсии в отношении объектов промышленного, стратегического, гражданского назначения, а также в отношении транспортных средств, в том числе и судов.

Поскольку действия диверсионных сил наносят весьма значительный ущерб производственным предприятиям страны, нарушают установившейся баланс в функционировании транспортных средств, то целесообразно будет заблаговременно принять меры по предотвращению этих действий. Не малую роль в этом играют на судах члены экипажа.

Рассмотрим условия повреждения судового электрооборудования посредством взрыва взрывчатого вещества на конкретном примере.

Рис.4.1.

1 - механизм АШЛ

2 - фундамент

3 - урна со взрывчатым веществом.

На Рис.4.1. условно изображен механизм автоматической швартовной лебедки, установленный на стальном фундаменте.

Допустим, на расстоянии L от заданного объекта в мусорной урне заложено взрывчатое вещество количеством Q = 2, 5, 7кг. Давление, действующее на 1 см² поверхности S = 1,5 м² защитного кожуха АШЛ, создаваемое взрывной волной и способное повредить объект, равно ДPф = 0,5 кгс. Соответственно, на поверхность S действует сила:

Р = S*0,5 = 1,5*10⁴ *0,5 = 7,5*10³ кгс.

Определим расстояние L, на котором действие ударной волны существенно отразится на механизме АШЛ по формуле:

Проведем расчеты подставив значения Q и L, результаты сводим в. Табл. 4.1.

Табл. 4.1.

Q	2	5	7
L	1	2	5
	19,32	7,0642	1,102

Исходя из произведенных расчетов, можно сделать вывод, что при заданных значениях Q и L, результирующее значение не удовлетворяет условию . Таким образом, действие ударной волны существенно отразится на механизме АШЛ во всех трех случаях.

Все члены экипажа должны быть наиболее внимательны к предметам, вызывающим подозрение, для предотвращения диверсионных попыток.

4.2 Федеральный закон о радиационной безопасности населения

Глава III. Государственное управление в области обеспечения радиационной безопасности, государственный надзор и контроль за ее обеспечением.

Статья 7. Система органов исполнительной власти в области обеспечения радиационной безопасности.

1. Государственное управление в области обеспечения радиационной безопасности осуществляется Правительством Российской Федерации, федеральными органами исполнительной власти в соответствии с положениями об указанных органах.

Указом Президента РФ от 9 марта 2004 г. N 314 Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности переименован в Федеральную службу по атомному надзору

Указом Президента РФ от 20 мая 2004 г. N 649 Федеральная служба по атомному надзору преобразована в Федеральную службу по экологическому, технологическому и атомному надзору, руководство которой осуществляет Правительство РФ

2. Государственный контроль и надзор в области обеспечения радиационной безопасности проводятся федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими контроль и надзор в области обеспечения радиационной безопасности в соответствии с положениями об указанных органах.

3. Деятельность федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих государственное управление, государственный надзор и контроль в области обеспечения радиационной безопасности, определяется законодательством Российской Федерации.

Статья 9. Государственное нормирование в области обеспечения радиационной безопасности

1. Государственное нормирование в области обеспечения радиационной безопасности осуществляется путем установления санитарных правил, норм, гигиенических нормативов, правил радиационной безопасности, государственных стандартов, строительных норм и правил, правил охраны труда, распорядительных, инструктивных, методических и иных документов по радиационной безопасности. Указанные акты не должны противоречить положениям настоящего Федерального закона.

2. Санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы в области обеспечения радиационной безопасности утверждаются в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, федеральным органом исполнительной власти по санитарно-эпидемиологическому надзору.

Устанавливаются следующие основные гигиенические нормативы (допустимые пределы доз) облучения на территории Российской Федерации в результате использования источников ионизирующего излучения:

для населения средняя годовая эффективная доза равна 0,001 зиверта или эффективная доза за период жизни (70 лет) - 0,07 зиверта; в отдельные годы допустимы большие значения эффективной дозы при условии, что средняя годовая эффективная доза, исчисленная за пять последовательных лет, не превысит 0,001 зиверта;

для работников средняя годовая эффективная доза равна 0,02 зиверта или эффективная доза за период трудовой деятельности (50 лет) - 1 зиверту; допустимо облучение в годовой эффективной дозе до 0,05 зиверта при условии, что средняя годовая эффективная доза, исчисленная за пять последовательных лет, не превысит 0,02 зиверта.

Регламентируемые значения основных пределов доз облучения не включают в себя дозы, создаваемые естественным радиационным и техногенно измененным радиационным фоном, а также дозы, получаемые гражданами (пациентами) при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур и лечения. Указанные значения пределов доз облучения являются исходными при установлении допустимых уровней облучения организма человека и отдельных его органов.

В случае радиационных аварий допускается облучение, превышающее установленные основные гигиенические нормативы (допустимые пределы доз), в течение определенного промежутка времени и в пределах, определенных санитарными нормами и правилами.

Установленные настоящей статьей основные гигиенические нормативы (допустимые пределы доз) облучения населения для отдельных территорий могут быть изменены Правительством Российской Федерации в сторону их уменьшения с учетом конкретной санитарно-гигиенической, экологической обстановки, состояния здоровья населения и уровня влияния на человека других факторов окружающей среды.

3. Правила радиационной безопасности, регламентирующие требования к обеспечению технической безопасности при работах с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующего излучения, утверждаются федеральным органом исполнительной власти по атомному надзору в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

4. Государственные стандарты, строительные нормы и правила, правила охраны труда, распорядительные, инструктивные, методические и иные документы по вопросам радиационной безопасности утверждаются и принимаются уполномоченными на то федеральными органами исполнительной власти или организациями в пределах их полномочий.

Статья 10. Лицензирование деятельности в области обращения с источниками ионизирующего излучения

1. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области обращения с источниками ионизирующего излучения, проектирование, сооружение источников ионизирующего излучения, конструирование и изготовление для них технологического оборудования, средств радиационной защиты, а также работы в области добычи, производства, транспортирования, хранения, использования, обслуживания, утилизации и захоронения источников ионизирующего излучения осуществляются только на основании специальных разрешений (лицензий), выданных органами, уполномоченными на ведение лицензирования.

2. Лицензирование деятельности в области обращения с источниками ионизирующего излучения осуществляется в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Статья 11. Производственный контроль за обеспечением радиационной безопасности

1. Организации, осуществляющие деятельность с использованием источников ионизирующего излучения, проводят производственный контроль за обеспечением радиационной безопасности.

2. Порядок проведения производственного контроля определяется для каждой организации с учетом особенностей и условий выполняемых ею работ и согласовывается с органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление, государственный надзор и контроль в области обеспечения радиационной безопасности.

3. Должностные лица, осуществляющие производственный контроль за обеспечением радиационной безопасности, вправе приостанавливать проведение работ с источниками ионизирующего излучения при выявлении нарушений санитарных норм, правил и гигиенических нормативов, правил радиационной безопасности, государственных стандартов, строительных норм и правил, правил охраны труда, распорядительных, инструктивных, методических документов в области обеспечения радиационной безопасности (далее - нормы, правила и нормативы) в соответствующей организации до устранения обнаруженных нарушений.

Статья 12. Общественный контроль за обеспечением радиационной безопасности

Общественные объединения в соответствии с законодательством Российской Федерации вправе осуществлять общественный контроль за выполнением норм, правил и нормативов в области обеспечения радиационной безопасности.

Глава 5. Охрана труда и техника безопасности

5.1 Техника безопасности при ремонте автоматической швартовной лебедки (электрическая часть)

При разработке и внедрении электрооборудования основное внимание уделяется технике безопасности и электробезопасности нового оборудования.

Правила ТБ и электробезопасности в равной мере относятся как к эксплуатации, так и к проведению ремонта и технического обслуживания, поскольку неисправное оборудование может служить причиной несчастных случаев и травм на производстве. Поэтому правила ТБ и электробезопасности регламентируются следующими основными документами: Регистр; Правила классификации и постройки морских судов; Правила технической эксплуатации электроустановок; Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

Ремонтные работы производимые в судовых электроустановках, могут производиться:

1. При частичном снятии напряжения;

2. При полном снятии напряжения;

3. Без снятия напряжения.

При ремонте электрической части лебедки производятся работы, связанные с ремонтом или профилактикой исполнительного двигателя, станции управления лебедкой и автоматического командоконтроллера. Работы по ремонту исполнительного двигателя и схемы управления производятся при полностью снятом напряжении; ремонт автоматического контроллера может производиться при частично снятом напряжении.

Для проведения ремонтных работ необходимо подготовить рабочее место. Для этого должны быть выполнены следующие мероприятия:

1. Необходимо отключить питание на панели главного распределительного щита, или на панели распределительного щита лебедок. При этом на пакетный выключатель должна быть повешена предупредительная табличка: «Не включать, работают люди!»

2. Необходимо убедиться в отсутствии напряжения на токоведущих частях.

Проверка отсутствия напряжения должна производиться между всеми фазами и каждой фазой по отношению к «земле». Перед проверкой необходимо убедиться в исправности применяемого прибора или указателя путем проверки их на токоведущих частях, заведомо находящихся под напряжением, либо при помощи специального прибора. Указатель напряжения или другой прибор, применяемый для проверки, должны быть рассчитаны на номинальное линейное напряжение электроустановки. Если проверяемый таким образом прибор был уронен или подвергался ударам, то необходима повторная проверка.

3. Рабочее место должно быть не загроможденным и иметь хорошее освещение, все инструменты и приспособления должны быть исправными и правильно настроенными; рукоятки кусачек, плоскогубцев и отверток должны быть сделаны из изоляционных материалов. После принятия указанных мер предосторожности можно непосредственно приступать к профилактике или ремонту автоматической швартовной лебедки.

В разработанном электроприводе дипломного проекта существует ряд зон, которые требуют в процессе эксплуатации повышенного внимания от обслуживающего персонала. Это элементы схемы с питанием от судовой сети 440 В:

а) силовая схема преобразователя частоты;

б) асинхронный двигатель;

в) блок питания;

г) преобразователи и измерительные датчики.

Как следствие этого техники безопасности и электробезопасности предусматривают:

1) квалифицированное обслуживание электропривода личным составом;

2) осмотр может производить лицо из рядового или командного электротехнического персонала;

3) подключение и отключение отдельных блоков или узлов производится при снятом общем напряжении;

4) при ремонте и наладке электрооборудования посторонние лица вблизи рабочего места находиться не должны;

5) перед включением необходимо проверить наличие, качество и надежность всех видов заземления и величину сопротивления изоляции, исправность сигнализации и систем защиты.

Кроме этого необходимо выполнение некоторых других пунктов с целью соблюдения техники безопасности и электробезопасности.

1) При работе под напряжением необходимо иметь в наличии:

а) диэлектрические перчатки;

б) коврик;

в) галоши;

г) инструмент с изолированными ручками, заранее прошедшими испытания в лаборатории с указанными на них сроками годности.

2) Все выдвижные части шкафов тиристорного преобразователя частоты должны иметь внутреннее крепление, а при необходимости фиксироваться выдвинутом состоянии.

5.2 Пожарная безопасность

С точки зрения возникновения пожара на судне, любое электрооборудование представляет опасность. Причем судно подвержено такой опасности в большей степени, чем любое оборудование, находящееся на берегу.

Поэтому, при эксплуатации электрооборудования на судне должна максимально исключаться любая возможность возникновения пожара.

Это возможно лишь при грамотных, тщательно продуманных противопожарных мероприятиях при эксплуатации электрооборудования.

Основные источники и причины возникновения пожара:

а) короткое замыкание;

б) искрение под щетками;

в) перегрев проводов и кабелей, обмоток двигателей;

г) неквалифицированное обслуживание.

Поэтому четко должны соблюдаться следующие правила:

1) постоянный контроль и профилактика электрооборудования;

2) исправное состояние всех видов защиты;

3) Содержание всех видов пожаротущения в исправном состоянии и готовности.

Пожарная безопасность обеспечивается соблюдением ГТГЭ СТС и ГТГБ. Температура отдельных частей электрооборудования и оболочек кабелей и проводов не должна превышать допустимую классом изоляции. Необходим систематический контроль состояния сопротивления изоляции электрооборудования и электрических цепей. Категорически запрещается использовать бензин и другие легковоспламеняющиеся жидкости для протирки коллекторов, щеток и других частей электрических машин, находящихся под напряжением.