Расчет электродвигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные

1. Выбор электродвигателя по типу электропривода и нагрузочной диаграмме

2. Расшифровка условного обозначения двигателя

3. Требования, предъявляемые к электродвигателю

4. Основные этапы работы электродвигателя

5. Расчет и построение механической характеристики электродвигателя

6. Описание работы электрической схемы

Вывод аппаратов для электрической схемы

Список используемой литературы

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. МП = 16 НМ

2. МО = 3,5 НМ

3. МMAX = 18 НМ

4. МТ = 6 НМ

5. tP = 1 c

6. t1 = 12c

7. t2 = 16c

8. tt = 0,5 c

9. tЦ = 29 c

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО ТИПУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЕ

Делаем расчеты:

Эквивалентный момент двигателя:

МЭКВ = = = = = 13,78

РЭКВ

3 000

= 2 079,1

Выбираем двигатель ДПМ 12:

Мощность

3 кВт

Ток

17 А

Частота вращения

1 550об/мин

Маховый момент

0,2 кг•м2

Максимально допустимая частота вращения

3 300 об/мин

электродвигатель электропривод механический



Рис. 2. Механические характеристики ДПТ 12

2. РАСШИФРОВКА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ

ДПМ работает при напряжении 220 В.

Охлаждение ДПМ - обдув с самовентиляцией.

Класс изоляции обмоток - Н.

Возбуждение - смешанное или параллельное со стабилизирующей обмоткой.

Степень защиты - IP 56.

Расположение коробки выводов - сверху для 1-го габарита; слева (при оговорке в заказе - справа) для 2-6-го габаритов.

Применяемая смазка подшипников - ВНИИНП-242 (ТУ 38 - 101,356-73).

К электродвигателям серии ДПМ с горизонтальным расположением вала могут пристраиваться водозащищенные дисковые электромагнитные тормоза постоянного тока серии ТДП.

Электродвигатели серии ДПМ предназначены для привода судовых механизмов, работающих в повторно-кратковременном и кратковременном режимах на судах неограниченного района плавания (температура окружающей среды от -40 до +40ОС) категория размещения 1 по ГОСТу ISISO-69. Электродвигатели могут работать при температуре +50ОС с мощностью, сниженной на 10%.

Обозначение серии электродвигателей ДПМ расшифровывается так: Д - двигатель, П - постоянного тока и повторно-кратковременного режима работы, М - морской.

Электродвигатели исполнения М101 могут изготавливаться с одним или двумя цилиндрическими (1 - 3-й габариты) или коническими(4 - 6-й габариты) концами вала, а исполнение М201 - с одним свободным цилиндрическим (1 - 3-й габариты) или коническим (4 - 6-й габариты) концом вала.

Сопротивление изоляции обмоток после работы при номинальной нагрузке составляет не менее 10 Мом. Уровень коммутации при любой установившейся нагрузке (до номинальной) не превосходит 11ј балла. Допускается в течение 1 минуты двукратное (по отношению к току режима 30 минут) увеличение тока стоянки электродвигателей с горячего состояния.

Степени защиты обслуживающего персонала от сопротивлений с теловедущими со вращающимися частями электротехнических изделий и от попадания твердых тел внутрь корпуса.

IP 56:

Проникновение внутрь оболочки пыли не предотвращаются полностью. Однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия.

Защита от волн воды: вода при волнении не должна попадать внутрь оболочки в количестве, достаточном для превращения изделия.

3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЮ

Основные требования к электроприводам рулей. Опыт эксплуатации рулевых установок, обобщенный в Правилах Регистра и положениях классификационных организаций других стран, позволяет сформулировать ряд требований к конструкциям, электроснабжению и схемным решениям, гарантирующим надежную работу рулевых электроприводов. Важнейшие из этих требований следующие:

Рулевое устройство судна должно иметь два привода: основной и запасной. Часто рулевое устройство снабжается двумяодинаковыми электроприводами, каждый из которых может работать независимо от другого в качестве основного и полностьюудовлетворяет требованиям, перечисленным ниже.

Рулевой электропривод должен автоматически отключатьсяпри достижении рулем угла перекладки к борту, равного 35°(настройка конечных выключателей на меньшие углы допускается, на большие углы запрещается; исключения составляют активные рули).

При действии основного рулевого привода должно бытьобеспечено маневрирование судна с перекладкой полностью погруженного в воду руля с борта на борт, при максимальнойскорости переднего хода судна. Время перекладки руля от 35°одного борта до 30° другого борта не должно превышать 28 с.

Для судов высокой маневренности, таких как портовые буксиры, ледоколы и т. п., это время, как правило, меньше.

Рулевые приводы должны обеспечивать длительную работу влюбых условиях эксплуатации. Соответствие рулевых электроприводов указанному требованию проверяется следующим образом:

непрерывными перекладками руля с борта на борт на предельные углы при максимальной скорости переднего хода судна в течение 30 мин;

непрерывной работой рулевого привода в течение 1 ч при максимальной скорости переднего хода судна с перекладкой руля на такие углы, чтобы в течение 1 ч руль успел совершить не менее 350 перекладок;

стоянкой предварительно нагретого до нормальной рабочей температуры рулевого электродвигателя под током в течение 1 мин (только для электроприводов с электродвигателями электромеханических рулевых установок);

перекладкой руля с борта на борт на заднем ходу судна при средней скорости движения судна.

5. Двигатели рулевых приводов должны допускать в течение1 мин перегрузку по моменту, равную 1,5 значения расчетногомомента.

6. В целях обеспечения надежности работы электропривода руля требуется:

а) все элементы схемы электропривода, от которых зависит его работоспособность (в том числе фидеры питания, посты управления и пр.), дублировались; замена любого элемента дублирующим должна производиться без перерыва в работе руля; основные идублирующие элементы схемы размещаются так, чтобы вероятность одновременного повреждения их была минимальной;

б) в схемах электроприводов не применялись никакие отключающие защиты, кроме защит от коротких замыканий; в схемах электроприводов с двигателями постоянного тока уставки этой защиты должны быть не менее 300 % и не более 400 % номинального тока; в схемах переменного тока - более 125 %наивысшего значения пускового тока; вместо отключающей защиты от перегрузки (тепловой защиты) устанавливают световую и звуковую сигнализацию о перегрузке рулевого электродвигателя; на посту управления рулем (в рубке) должны быть устройства для дистанционного отключения перегруженного и включения резервного электродвигателей; защиту по минимальному напряжению в схеме рулевого электропривода не устанавливают, причем схема обязана обеспечить автоматический повторный запуск электродвигателя при восстановлении напряжения после перерыва в подаче питания;

в) имелась надежная сигнализация о работе рулевой установки, в том числе о положении пера руля, наличии питания на фидерах, о том, какие из машин в работе и всех нарушениях нормального режима работы схемы.

4. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Передачи рулевых приводов. На большинстве судов для перекладок руля используется электродвигатель, соединяющийся с баллером через передачу. Наиболее распространены два типа передач: механическая и гидравлическая. Соответственно типу применяемой передачи рулевые машины называют электромеханическими или электрогидравлическими.

Передачи рулевых электроприводов выполняют две основные функции:

а) редуктора, который согласует угловые скорости руля и приводного электродвигателя, а также трансформирует вращающиймомент, создаваемый электродвигателем, до значения момента,необходимого на баллере;

б) устройства, защищающего детали и узлы рулевой машины отвозникающих на баллере руля перегрузок, превышающих 1,5 МУ.

Механическая передача. Механическая передача чаще всего представляет собой червячно-зубчатый редуктор, через который движение передается от электродвигателя к баллеру руля. Червячная пара, применяемая в таких передачах, обладает свойством самоторможения, если момент приложен к червячному колесу, и передает движение, если вращающий момент приложен к червяку. Электродвигатель присоединяется к черняку.

При перекладках руля от ДП к борту электродвигатель черезчервяк и червячную шестерню поворачивает баллер руля, преодолевая момент сопротивления МБ, создаваемый силой давления воды на перо руля, и момент МО, возникающий в рулевой установке вследствие действия сил трения.

Руль, повернутый к борту на некоторый угол, фиксируется в этом положении действием червячной пары. Отрицательные моменты, возникающие на переложенном к борту руле, не вызывают обратного поворота руля, а лишь создают давление на упорном подшипнике червяка, увеличивая трение в передаче. Поэтому и при обратной перекладке руля электродвигатель должен развивать положительный момент, преодолевая момент сил трения Мо.

Механическая характеристика рулевого электропривода должна быть такой, чтобы при моментах на баллере руля, не превосходящих Мmax.б и при перекладках на большие углы частота вращения рулевого электродвигателя оставалась близкой к номинальной, а при перегрузках уменьшалась, достигая нуля примоменте, равном 1,5 My.

Перекладки руля на совсем малые углы удобнее производить на пониженной скорости. Такие характеристики получают с помощью электроприводов, построенных по схемам Г-Д на машинах постоянного тока, распространенных на судах с электростанциями постоянного тока для электромеханических рулей.

Гидравлическая передача. По показателям надежности, массо-габаритным показателям, бесшумности и плавности действия электрогидравлическая рулевая передача превосходит электромеханическую. Обычно такая гидравлическая передача составляется из насоса переменной производительности с электроприводом и гидравлического двигателя. Управление рулем осуществляется путем воздействия на производительность насоса и направление потока жидкости, причем приводной электродвигатель насоса вращается в одном направлении и с неизменной частотой. Иногда в таких рулевых установках применяют насосы нерегулируемой производительности. В таких случаях управление потоком жидкости рулевой машины осуществляют по методу «включил -отключил» однако такие конструкции применяют в установкахнебольшой мощности.

В отличие от электродвигателей постоянного тока электромеханических рулевых установок, работающих в режимах непрерывных пусков и реверсов, приводные электродвигатели электрогидравлических рулей работают в сравнительно легких режимах. Их механические характеристики могут быть жесткими, так как отсечка по предельному моменту обеспечиваетсягидропередачей. Для этого вгидропередаче делают предохранительные перепускныеклапаны (байпассные), перепускающие рабочую жидкость при возникновении в системеизбыточного давления. Эти клапаны настраивают пружинами на срабатывание при давлении, равном 150 % давления,возникающего в системе примоменте на руле, равном My.

Подобный характер работы приводного электродвигателя электрогидравлического рулевого привода открывает возможность использовать в таких электроприводах асинхронные электродвигатели переменного тока. Таким образом, на судах, оборудованных электростанциями переменного тока, почти однозначно применение электрогидравлических рулей. В тех редких случаях, когда желают применить электрогидравлический руль на судне с электростанцией постоянного тока, в качестве приводного электродвигателя используют компаундный двигатель с главной параллельной обмоткой возбуждения.

Хотя двигатели электрогидравлических рулевых установок работают в более легких условиях, чем двигатели электромеханических рулей, они нуждаются в таком же тщательном уходе, как и последние, причем это относится не только к электродвигателю работающего рулевого привода, но и к двигателю запасного привода. Следует иметь в виду, что неработающий электродвигатель запасного рулевого привода находится по некоторым условиям даже в худших обстоятельствах, чем работающий электродвигатель. Здесь могут быть упомянуты следующие обстоятельства: во-первых, неработающая машина не нагрета и ухудшение состояния ее изоляции вследствие проникновения влаги из окружающей среды более вероятно, чем у работающей и нагретой. Во-вторых, в румпельном помещении электрические машины подвергаются усиленному воздействию вибрации, ударов и качки. При этом подшипники машины, ротор которой длительное время неподвижен, часто выходят из строя вследствие вибрационного наклепа на обоймах. Чтобы не допустить повреждений подшипников, рекомендуется периодически производить проворачивание роторов или, что проще, периодически переключать рулевую установку с одного электродвигателя на другой, например, сменяя приводы каждую вахту.

Режимы работы рулевой установки. Для рулевой установки характерны два основных режима работы: удержание судна на заданном прямолинейном курсе и маневрирование судна.

При прямолинейном движении судна на него непрерывно действуют возмущающие силы ударов волн, порывов ветра, воздействий течений. Для удержания судна на заданном курсе приходится прибегать к помощи руля, подправляя направление движения каждый раз, когда внешние возмущения его нарушают. С этой целью происходят перекладки руля, не превышающие 5-7°. Число таких перекладок в свежую погоду достигает нескольких сотен в час. Можно считать нормой включениярулевого привода каждые 10 - 15 с. При особенно неблагоприятных условиях плавания возможны и более частые перекладки руля.

В режиме маневрирования требуются быстрые перекладки руля на углы, близкие к предельным. Хотя частота перекладокруля при маневрах значительно меньше, чем при удержании судна на курсе, рулевой привод работает с полной нагрузкой, так как при больших перекладках руля момент сопротивления набаллере также велик.

Системы дистанционного управления рулями. Все рулевые установки оборудуются системами дистанционного управления, позволяющими управлять перекладками руля с ходового мостика, с его боковых крыльев, из промысловой рубки, с верхнего мостика. В ходовой рубке имеется специальный переключатель постов управления, с помощью которого вахтенный может включить в работу любой пост управления в зависимости от условий работы судна и исправности аппаратуры; при этом одновременная работа с двух постов управления схемой не допускается.

По способам управления рулевые установки подразделяют напростые, следящие и автоматические.

Простые рулевые установки. При простом управлении рулем (иначе при непосредственном управлении) на посту управления имеется либо командоконтроллер (обычно механически соединенный со штурвалом), либо контактные педали (кнопки), которыми рулевой задает желаемое направление и скорость перекладки пера руля. Для отработки желаемого угла перекладки вахтенный удерживает штурвал повернутым или кнопку управления (педаль), нажатой до тех пор, пока по показаниям аксиометра неубедится, что руль повернулся на желаемый угол. В этот момент он должен оставить рулевой электропривод, для чего штурвал командоконтроллера возвращается в положение «стоп» или отпускается кнопка управления.

Следящие рулевые установки. При следящей системе управления рулем работа рулевого облегчена. С помощью штурвала рулевой поворачивает на желаемый угол задатчик положения руля. Система следящего привода автоматически повернет перо руля на такой же угол и зафиксирует перо руля в заданном положении. Даже если вследствие большой перегрузки руль будет сбит с заданного положения, что может иметь место при электрогидравлической рулевой машине, по окончании перегрузки следящая система вновь вернет руль в заданное положение.

Автоматические рулевые установки. При автоматическом управлении рулем система автоматического регулирования удерживает судно на заданном курсе вопреки возмущающим воздействиям ветра, волн и других факторов, сбивающих судно с курса.

Всякая система дистанционного управления состоит из задатчика (на посту управления), канала связи и исполнительного устройства (регулятора). С помощью задатчика команда вахтенного судоводителя преобразуется в управляющее воздействие, которое передается по каналу связи к регулятору. Регулятор изменяет режим работы рулевой машины так, чтобы она перемещала руль в соответствии с переданной командой.

Независимо от того, какой способ управления рулем принят на судне - простой, следящий или автоматический, рулевая установка включает в себя систему дистанционного управлениярулем.

По принципу действия системы дистанционного управления рулями делятся на электрические, гидравлические и электрогидравлические. Дистанционные системы управления других типовприменяются редко.

Электрические системы дистанционного управления. Задатчиками электрических систем управления рулями обычно служат контактные кнопки, командоконтроллеры и педали, если реализуется схема простого руля, и однофазные и трехфазные сельсины при реализации следящего рулевого привода. В современных рулевых установках применяются также и иные бесконтактные электрические и электронные задатчики.

Электрические линии связи между постом управления и рулевой машиной обычно реализуются в виде кабельных линий различных конструкций. Такие линии связи оптимальны как по надежности, так и по массо-габаритным показателям.

Электромеханические исполнительные механизмы обычно выполняют в виде электрических машин разных типов. По параметрам наиболее подходят механизмы, осуществляемые на электрических машинах постоянного тока, часто по схемам «генератор - двигатель». Наряду с достоинствами таких систем дистанционного управления имеют место и некоторые недостатки, среди которых следует указать ограниченность выходных мощностей и повышенные эксплуатационные затраты. Чисто электрические системы дистанционного управления рулями применяют нечасто и в основном на судах ограниченного водоизмещения, где устанавливают рулевые машины небольшой мощности, таких как СРТ, портовые катера и др.

Гидравлические системы управления. Гидравлическая система дистанционного управления состоит из задатчика- масляного насоса, соединительного трубопровода, по которому поток масла передается с поста управления к рулевой машине, и гидродвигателя, перемещающего рычаги управления электрогидравлической рулевой машины. Обычно задатчик приводят во вращение вручную с помощью штурвала. Подобные системы управления устанавливались на многих судах отечественной и зарубежной постройки, в том числе на некоторых БМРТ.

Гидравлическая система дистанционного управления рулем достаточно надежна, обеспечивает необходимые усилия для управления органами воздействия на рулевые машины средней и даже повышенной мощности. Однако и этой системе управления свойственны некоторые недостатки, среди которых следует отметить необходимость монтажа и обслуживания трубопроводов большой протяженности, трудность и дороговизна ремонта. Это, однако, не помешало применению таких систем дистанционного управления рулями на многих промысловых и транспортных судах.

Электрогидравлические системы дистанционного управления рулями (не путать с электрогидравлическими рулевыми приводами). Такие системы дистанционных передач сигналов управления рулями обычно применяют на судах большого водоизмещения с мощными рулевыми установками, как правило, электрогидравлическими, для управления которыми требуются большие усилия. Электрогидравлическая система дистанционного управления представляет собой сочетание электрической системы задания и передачи команд с гидравлическим усилителем мощности и исполнительным гидродвигателем на выходе. Эта система обладает преимуществами обоих видов дистанционного управления: электрического и гидравлического. Электрогидравлические системы управления рулями применяют на многих судах рыбной промышленности, в том числе на ТР типа «Сибирь» и «Хибинские горы».

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРО ДВИГАТЕЛЯ

Расчеты нагрузочной диаграммы:

МН = = = 18,48

МО = 0, nО = nНОМ • = 1 550 • = 1 550 • ==1550 • 1,05 = 1 291,5

RЯ = 0,05 • = 0,05 • = 0,64

nР = nНОМ •

RДОБ = 4 • 0,64 = 2,56

nР = 1 550 • = 1 550 • = 1 550 • = =1550•0,79 = 971,7

IЯ = IП=

IП = 2• IНОМ = 2 • 17 = 34, IЯ = = = 34,003

RП = = =6,47- 0,64 = 5,83

6. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Подаем питание на схему автоматом QF. Цепь возбуждения и токовое реле обрывая поля КА1 получают питание, и двигатель подготавливается к включению (контакт КА1 замыкается).

Затем нажимаем одну из кнопок SB1 илиSB2, например SB1. Эти кнопки двухцепные. Одним нажатием получает питание, например контактор КМ1 и блокируется контактор КМ2, если кнопки осуществляют блокировку возможности включения двух контакторов сразу. Контактор КМ1 получает питание и включает двигатель на определенном направлении вращения. При этом токовое реле КА2 срабатывает (размыкается контакт КА2) на всплеск пускового тока, и пуск осуществляется с введением пускового сопротивления Rп. По мере разгона двигателя ток уменьшается, реле КА2 отпадает, получает питание контактор управления КМ3 и шунтирует пусковое сопротивление вместе с токовым реле КА2. Пуск закончен.

Для реверсирования двигателя нажимаем на кнопку SB2. Она одновременно отключает контактор КМ1 и включает контактор КМ2. Двигатель переключается на другое направление вращения, и при этом вновь включается пусковое сопротивление.

Этим способом можно и быстро затормозить двигатель, если при скорости, близкой к нулю, нажать кнопку SB3. Если двигатель надо остановить естественным способом, то после его в любом направлении надо нажать кнопку SB3.

ВЫВОД АППАРАТОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют автоматические воздушные выключатели, которые выбираются исходя из условия:

Iн.р.

Iн.р.?117,3

Выбираем контактор: КМ2-7212

КМ2-серия КМ2000

7-два замыкающих и два размыкающих контактора

2-постоянного тока

1-номинальный ток 25А

2-число контактов, один замыкающих и один размыкающий

Выбираем автоматический выключатель: АМ8

-выключатель с одной включающей пружиной

АМ-серия

Номинальный ток включателя-800 А.

Номинальный ток максимального расцепителя-130 А.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быховский Ю.И., Шеинцев Е.А. Электрооборудование судов рыбной промышленности. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1996 - 351 с. (Учебники и учеб.пособия для студентов высших учеб. заведений);

2. Матафонова Е.П. Электрооборудование судов. Методическое пособие к курсовой работе по дисциплине ЭОС для студентов неэлектрических специальностей всех форм обучения. Владивосток. 2007 г.

3. Справочник по электрическим машинам: В 2 т/с74 под общ. И.П Копылова и Б.К Клокова. Т.1-М: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ,1988-456

4. Справочник судового электротехника. Судовое электрооборудование /под.ред Г.И Китаенко- 2-е изд,перераб и доп -Л: Судостроение 1980-624с.,ил

Размещено на Allbest.ru