Розрахунок електроприводу брашпиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Одеська Національна Морська академія

Кафедра СЕМ і ЕТ

Курсовий проект

по дисципліні “Суднові электроприводи”

Виконав: студент 5 курсу,ЗФН

Факультету ЕС і КТЗ

Панков А.Б. шифр 313065

Перевірив: Калуєв А.Г.

Одеса 2015



1. Розрахунок потужності електропривода брашпиля

Універсальна формула для визначення потужності електропривода якірногомеханізму Р, кВт, посилаючись на формулу, мае вигляд

; (2.1)

Де, k - коефіцієнт навантаження, якірний потужність ланцюг стоянка

k = 1.0 для морських якірних механізмів.

L - повна довжина ланцюга, мм.

Vп - калібр ланцюга, мм.

d|-швидкість вибирання ланцюга, м/с.

?- КПД механізму.

? =0.75 - для механізмів із зубчастими редукторами.

Для брашпиля морського судна необмеженого району плавання з водотоннажністю 55 тисяч тон, згідно табл. 8.3 (Л1) маємо наступні дані:

Калібр ланцюга - 87 мм

Швидкість вибирання ланцюга - 0.17 м/с

Число якорів - 3

Глибина стоянки 100 м

Середня маса якорів - 7000 кг

Найменша довжина двох ланцюгів - 620 м

Відповідно, повна довжина ланцюга - 310 м (три глибини стоянки)

Рід струму - змінний, трифазний

Напруга - 380 В

;

Потужність електродвигуна повинна реалізовуватися протягом 30 хвилин при частотах обертання, що перебувають в інтервалах 750 об/хв.

Вибір типу двигуна виробляється з урахуванням вимог до якірних механізмів:

Потужність привода якірного механізму морського судна повинна забезпечувати вибирання якірного ланцюга зі швидкістю не менш 0.17 м/с при тяговому зусиллі на зірочціне менш обумовленого по формулі:

(2.2)

Де h = 100 м - розрахункова глибина стоянки

Fк.н = 11•• (0.0215• 100+ 1.3) = 287243.55H

Fк.н = 287.2 kH

Зазначену потужність приводу якірного пристрою повинен розвивати протягом 30 хв ізнаступною стоянкою під струмом протягом не менш 30 с.

По нормативах СЭВ потужність привода якірного механізму в режимі 30 хв приглибині стоянки судна 100 м повинна забезпечувати вибирання ланцюга звичайної міцності зішвидкістю не менш 0.17 м/с при тяговому зусиллі на зірочці не нижче значення:

(2.3)

Fк.н = 38•=287.6 kH

Оскільки формули (2.2) і (2.3) при глибині 100 м дають той самий результат вимоги до потужності привода однозначні й збігаються зданими тягових розрахунків.

Пусковий момент повинен забезпечувати тягове зусилля не менш: (вимога Регістра)

2Fк.н = 2287.6 = 575.2 kH (2.4)

За даними класифікаційних суспільств пусковий момент повинен забезпечуватизусилля біля валу:

F=або F= 2.15•Fк.н (2.5)

F==567.6 kH F= 2.15•287.6=618.3 kH

Привод якірно-швартовного механізму повинен забезпечувати одночасне вибирання двох вільно висячих якорів з половини номінальної глибини стоянки. Це навантаження створює тягове зусилля в ланцюзі, рівне:

F=, F==393.5 kH , (2.6)

або 137 % тягового зусилля при номінальному моменті привода (згідно Л1), таким чином, виконання данної вимоги регламентує пуск привода при моменті статичного навантаження не нижче 140 % номінального.

При підході якоря до клюза привод повинен розвивати швидкість ланцюга не

вище 0.17 м/с. Кращою є швидкість 0.12 м/с при тяговому зусиллі в ланцюзі:

F===136.2 кН (2.7)

Вибирання повинне забезпечуватися протягом не менш 3 хв.

Гальмо привода нормально замкнутого типу повинен розвивати момент, перешкоджаючому розвороту механізму при тяговому зусиллі в ланцюзі на зірочці не менш:

F= 1.3Fк.н = 1.3 287.6 = 373.88 кН (2.8)

Якщо привод механізму може розвивати момент, що узгоджує зусилля на зірочці

більше 0,6 пробного навантаження (це відповідає розрахунковому значенню):

F= 140 а² = 140 87² = 1059.6 кН (2.9)

і враховує можливий позитивний допуск, повинен бут и передбачений захист від перевищення зазначеного навантаження. Захист установлюється між приводом і механізмом.

Живлення електроприводів якірно-швартовних механізмів повинне вироблятися від ГРЩ.

Стоянка під струмом при номінальній напрузі для електродвигунів повинна становити не менш 15 сек. після 30 хв. роботи при номінального навантаження.

У режимі роботи з малою швидкістю привод повинен забезпечувати роботу в плині 5 хв. при зусиллі, що становить 75 % номінального.

У режимі роботи з підвищеною швидкістю привод повинен забезпечувати роботу протягом 10 хв. при тягове зусилля, що становить 10 - 20 % номінального.

Вибираємо електродвигун типу МАП 721 - 4/8/16. згідно табл. 8.13

(Л1) маємо наступні дані:

Таблиця 1

Число полюсів.	4	8	16
Потужність, кВт.	75	62	18
Номінальний струм, А при V = 380 в.	148	145	82
Пусковий струм, А приV = 380 В.	730	660	185
Пусковий момент, Нм	100	200	115
Припустимий час стоянки під струмом, сек	15	40	30
Режим роботи, хвилин	30	30	10
Частота обертання, про/хв	1340	675	320

Визначення передаточного числа для обраного електродвигуна

Дія обраного електрод ви іу на визначаємо необхідне передаточне число механізму користуючись умовою 8.37 (Л 1):

(2.10)



де - діаметр ланцюгової зірочки, мм.

n- частота обертання, про/хв.

V_ц- швидкість вибирання ланцюга, м/с.

(2.11)

=247

Перевірка електродвигуна.

На достатність пускового моменту й необхідну міцність ланцюга, користуючись умовою 8.38 (Л 1):

У ліву частину першої нерівності підставляємо калібр ланцюга 87 мм, а в праву частину другої нерівності можливий мінімальний калібр 77 і відповідний йому діаметр зірочки, користуючись формулою 2. 11. одержимо:

Dзв = 13.7 77 = 1.055 м

Пусковий момент електродвигуна М_п. повинен лежати в межах певних нерівністю

Нерівність 174 < 200 < 226 справедливо, у такий спосіб необхідні умови здійсненні.

2.2.2. Неприпустимий час стоянки під струмом.

Обраний електродвигун змінного струму перевіряється на припустимий час стоянки під струмом, що повинне бути не менш необхідного, обумовленого по формулі 8.41 (Л1):

Необхідний час стоянки менше припустимого значення рівного 40 с, таким чином, на припустимий час стоянки умова виконана. Інших перевірок обраного електродвигуна не потрібно. Обраний електродвигун повністю задовольняє всім вимогам і нормативам для якірних механізмів.

Вибір комутаційно-захисної апаратури.

У межах терміну служби електроустаткування якірно- швартовних механізмів сумарне число включення контактної апаратури головного ланцюга не перевищує номінальних значень при повному використанні її по комутаційній здатності. Тому вибір апаратури даної і руни механізмів повинен виробляється по номінальному струмі з урахуванням можливих струмів перевантаження й термічної стійкості.

Для керування електродвигуном вибираємо магнітний контролер БТ 94 А (табл. 8.13 (Л1)), що маг контактори головного ланцюга, розраховані на номінальний струм 150 А. (табл. 3.44 (Л1)).

Комутаційна апаратура головних ланцюгів відповідає наступним у мовам:

1. Струм, що протікає по контактах при навантаження в ланцюзі. рівної:

не вище номінального струму апарата при режимі 60 хв.

2.Пусковий струм двигуна при роботі на характеристиці, що забезпечує відрив якоря від фунту (режим стоянки) не вище 80 % припустимого струму включення апарата. Номінальний струм апарата в режимі 30хв: Ін = 200 А згідно табл. 3.13 (Л 1); не нижче 130 % номінального струму обмоток електродвигуна в режимі 30 хв. Iном.= 145 А.

Контакти апарата змінного струму допускають протікання струму перевантаження протягом часу і, що задовольняє умові:

Де І_НЬО -- номінальний струм апарат в режимі 60 хв (або тривалому)

І_ст - струм при загальмованому двигуні в режимі стоянки.

І_НЬО=І50 А, І_ст = 660 А - значення струму двигуна певні за каталожним даними.

Таким чином, магнітний контролер має необхідними термічну стійкість і комутаційну здатність.

Для захисту обмоток асинхронних короткозамкнених електродвигунів від неприпустимих перевантажень, можливих в особливо тяжких умовах зйомки з якоря, найбільше ефективно температурно- фотополяриметри реле, включені в ланцюг обмоток, що захищаються. При виборі номінальних струмів нагрівальних елементів реле по їхніх ампер-секундних характеристиках установлюється час спрацьовування реле з холодного стану в режимі стоянки електродвигуна під струмом. Тому номінальний струм нагрівального елемента буде завжди значно вище номінального струму електродвигуна, що захищається.

Вибираємо захисні теплові реле, що працюють у режимі стоянки. При розрахунковому часі спрацьовування реле певного по формулі:

по ампер-секунднїй характеристиці кратність струму в ходовому стані повинна становити

2.4. Визначаємо струм реле:

Вибираємо реле ТРТ 154 з номінальним струмом 285 А, (див. табл. 3.18 (Л 1)). Перевіримо час спрацьовування реле в нагрітому стані.

2.5. Мінімальний час спрацьовування відповідає вираженню:



де t_хол - розрахунковий час спрацьовування,

к - відношення струму спрацьовування до струму уставки реле.

к₂ - відношення струму спрацьовування до струму двигуна в нагрітому

стані.

Час спрацьовування реле в нагрітому стані відповідає нашим умовам вибору теплових реле з номінальним струмом 285 А.

Перевірка кабелю на втрату напруги.

Для вибору кабелю, що з'єднує електродвигун брашпиля трифазного змінного струму із ГРЩ, розрахунковий струм визначають по формулі:

Перевіряємо падіння напруга в лініях "РЩ Брашпиля". Втрати обчислюються по формулі:



де, l - довжина ділянки мережі, що перевіряється, м (приймемо рівної 60 м)

- питома провідність міді, =48 м/(Ом- мм )

S - обраний перетин кабелю.

Виберемо кабель КНРП 0.094

Для " РЩ Брашпиля" (1=184 A, S=95 мм²)

R=0,01315 Ом, X=0,156Oм, =3.13%

Опис системи керування електропривода брашпиля.

Якірно-швартовні пристрої призначені для спуска й підйому якорів при постановці судна на якір і зйомці з якоря, для забезпечення надійної стоянки судна, а також для виконання швартовних операцій. Якірно- швартовний пристрій містить у собі виконавчий двигун з апаратурою керування, лебідку, якірні ланцюги і якорі. До якірно-швартовних лебідок належать: брашпилі, шпилі й швартовні лебідки. Незважаючи на конструктивне розходження механізмів і досить вузьке призначення деяких з них, ЕГІ їх мають багато загального й по суті являють собою одну групу. Деякі розходження є лише в ЕП автоматичних швартовних лебідок, які забезпечені додатковими пристроями для спостереження за натягом швартовного троса й для автоматичного включення ЕД якщо буде потреба.

При всіх системах керування ЕД якірно-швартовних механізмів на вимогу Регістра повинні забезпечуватися системами захисту від струмів короткого замикання й перевантажень, а також нульовим захистом, які встановлюють на розподільних щитах живлення й у магнітних контролерах. Системи захисту можуть викликати відключення ЕГІ, обмеження навантажувального режиму або подачу попереджуючого сигналу. Захист від перевантаження у ЕП з асинхронними двигунами гину МАП виконують у деяких випадках за допомогою теплових фотополяриметрів реле серії ТРТ, але за останні роки більше широке застосування дістали температурні пристрої захисту: біметалічні термореле, убудовані безпосередньо в лобові частини обмоток статора, і термореле з використанням напівпровідникових терморезисторів. Захист від коротких замикань здійснюється автоматичними вимикачами. Нульове блокування, виконане за допомогою електромагнітних реле, дозволяє відновити працездатність схеми тільки після постановки командо-апарата в нульове положення, що забезпечує безпеку ведення якірних і швартовних операцій. Крім зазначених захистів, якірно- швартовні ЕП забезпечуються ручними вимикачами безпеки, які встановлюються на командо-контролері й відключають ЕД при поломці механізму або виникненні ситуацій, небезпечних для обслуговуючого персоналу'.

ЕП якірно-швартовного пристрою, що служить для керування 3-х швидкісними, 3-х обмотувальними АД потужністю до 75 кВт. Керування ЕП здійснюється за допомогою командо-контролера із трьома робочими положеннями у двох напрямках обертання. Перемикання контактів КК при різних положеннях приводить до підключення обмотки статора з певним числом полюсів, і цим досягається регулювання швидкості.

Схема симетрична (працює однаково убік «Вибирати» і «Труїти»), тому її роботу розглянемо тільки в положенні «Вибирати». У нульовому положенні командо-контролера при подачі напруги на схему в замкнутому вимикачі керування 2SA через розмикаючи контакти реле КТ1 і замкнутий контакти 1SA1 живлення надходить па випрямляч UZ, а від випрямляча через розмикаючий контакт КМ6 контактора гальма й контакти реле захисту, включається реле КТ1 напруги. Контакти цього реле в ланцюзі контакту- SA1 розмикаються, але замикаються два інших контакти КТ1, які шунтують контакт 1SA1 (підготовляється ланцюг нульового захисту). Від випрямляча через замкнутий у нульовому положенні контакт 1SA2 спрацьовує реле часу КТ2, що без витримки часу розмикає: свої контакт у ланцюзі контактора КМ5 і замикає контакт у ланцюзі контактора КМ4. Крім цього, у нульовому положенні командо-контролера через контакт 1SA8, контакти вантажного реле КК6 і проміжного реле

КV2 одержує живлення котушка проміжного реле КV1. Його замикаючий контакт замикається в ланцюзі котушки контактора КМ5, а спорогенез контакт розмикається в

ланцюзі котушки контактора КМ4. Іншим замикаючим контактом проміжного реле KV1 шунтуется контакт 1SA8, через контакт 1SA8 і контакт реле KV1 включається сигнальна лампа Н1.

При перемиканні рукоятки командо-контролера в перше положення «Вибирати» замикаються контакт 1SA3 і 1SA5. а контакти 1SA1 і 1SA2 розмикаються. Через контакт 1SА3 одержує живлення реверсивний контактор КМ1 і своїми головними контактами частково забезпечує живлення БД. Через замикаючий допоміжний контакт КМ1 включається контактор гальма КМ6, відбувається розгальмовування ЕД гальмовим магнітом YB, а після спрацьовування контактора КМ6 через контакт 1SA3. допоміжні контакти КМ1 і КМ6, контакт 1SA5 включається контактор першої швидкості КМЗ. Його головні контакти підключають тихохідну обмотку статора АД, і починається його робота на малій швидкості, що служить для втягування якоря в клюз і для швартування з малою швидкістю. Незважаючи на розмикання контактів 1SA2 реле КТ2 через замикаючий контакт КМЗ продовжує одержувати живлення, а через інший замикаючий контакт КМЗ (замість контактів, що розімкнулися, КМ6) продовжує одержувати живлення реле КТ1.

При перемиканні рукоятки командо-контролера в друге положення розмикаються контакти 1SA5. а 1SA6 - замикаються. У результаті цього контактор КМЗ втрачає живлення й відключає тихохідну обмотку, а ланцюг 2 S A-KT1-1S АЗ -КМ 1-КМ6 -КМЗ -IS А6 одержує живлення контактор КМ4 другої швидкості, що і включає відповідну обмотку двигуна. Тепер реле КТ1 отримує живлення через контакти КМ4, реле К72 вимикається.

Якщо рукоятку командо-контролера перемкнути в третє положення, то розмикаються контакти 1SA6 і замикаються 1SA7. Розмиканням контактів 1SA6 відключається контактор КМ4, і якщо до цього моменту витримка часу реле КТ2 минула, то його замикаючий контакт розімкнеться, а спорогенез замкне й включить контактор КМ5 (останній підключає швидкохідну обмотку статора). Якщо при швидкому перекладі рукоятки командо-контролера в трете положення витримка часу реле КТ2 ще не минула, то незважаючи на розімкнутий контакт 1SA6, через замкнутий контакт 1SA7 і замикаючий контакт КТ2 продовжує одержувати живлення контактор КМ4, тобто АД продовжує працювати на другій швидкості. Це відбувається протягом витримки часу реле КТ2, а після витікання витримки часу замикаючими контактами КТ2 відключається контактор КМ4, а спорогенезами контактами КТ2 включається контактор КМ5. Таким чином, при швидкому перекладі рукоятки командо-контролера з нульового в третє положення АД неминуче працює на другій швидкості й потім переходить на третю. Цим забезпечується його плавний пуск.

При положеннях контролера «Труїти» замість контактів 1SA3 замикаються контакти 1SA4 і відповідно ввімкнеться вже інший реверсивний контактор КМ2. У результаті цього фази мережі, що підключаються до відповідних фаз АД. міняються місцями, внаслідок чого АД буде обертатися у зворотному напрямку.

Наступне спрацьовування апаратури аналогічно положенню «Вибирати».

У схемі передбачені наступні види захисту:

1.При зниженні напруги або його відключенні відбувається вимикання реле КТК що

розмикає свої замикаючі контакти й відключає тим самим всю схему керування. Після відновлення напруги пуск АД можливе тільки при поверненні рукоятки командо-контролера в нульове положення (нульовий і мінімальний захист). Витримка часу реле КТ1 виключає помилкове спрацьовування при короткочасному зниженні напруги або короткочасному відключенні живлення.

2. У випадку великих перевантажень за струмом спрацьовує одне з реле КК 1-КК5 і за допомогою реле КТ1 двигун відключається від мережі й загальмовується гальмом. При аварійній ситуації наслідки спрацьовування захисту від перевантажень ліквідуються вимикачем 3SA: натисканням на педаль і включенням вимикача 3SA при нульовому положенні рукоятки командо-контролера одержує живлення реле KV2, що своїми контактами, що замкнули, шунтуючи контакти теплових реле. У цьому випадку виключається тільки робота на третій швидкості, тому що розмикаючи контакти КМ5 виключають цей шунтувальний ланцюжок.

3. Індивідуальний захист АД при роботі на третій швидкості від перевантажень, виконана за допомогою вантажного реле КК6. Нагрівальний елемент цього реле, включений у силовий ланцюг обмотки третьої швидкості, при перевантаженні швидкохідної обмотки спрацьовує. Контакт КК6, що знеструмить реле KVI. Один з контактів KV1 розімкнеться, відключаючи контактор КМ5, а інший контакт KVI замкне, і через нього увімкнеться контактор КМ4, у результаті АД автоматично перейде працювати на другу швидкість. Про спрацьовування вантажного захисту сигналізує загасання сигнальної лампи HL . Якщо необхідно швидко включити третю швидкість, то для цього треба при другому положенні командо-контролера включити вимикач 3SA. При цьому включається реле KV2 і своїм контактом, що замкнув, зашунтують розімкнутий контакт KV2 і підключить реле KVI. Останнє при перекладі рукоятки командо-контролера в третє положення підключить контактор КМ5.

Рис.1 Принципова електрична схема системи керування брашпиля



Перелік літератури

1. Богословський. Суднові електроприводи. У двох томах. - Л.: Суднобудування, 1983. - 730 стор.

2. Петрушин В.С. Асинхронные короткозамкнутые двигатели в системах полупроводникового электропривода. Одесса: ОГГІУ, 1997. - 145с.

3. Российский Морской Регистр Судоходства . Правила классификации и постройки морских судов. Том 1,2, 3 - М.: Транспорт, 1999. - 1500 с.

4. Судовые электроприводы: Справочник/А.П. Богословский, Е.М.

Певзнер, И.Р. Фрейдзон, А.Г. Яуре - 2-е изд., переаб. и дополн. в двух томах.

- Л.: Судостроение 1983. Т1 -, Т2 - 384 с., ил.

5. Методические указания по курсовому проектированию . Издание второе, переработанное и дополненное. - Одеса 1989 г.

Размещено на Allbest.ru