Судовые электроэнергетические комплексы

А.И. Чурносов

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Методические указания к выполнению

контрольной работы для студентов

Заочной формы обучения специальности 180103.

Северодвинск

УДК 629.12.066

Судовые электроэнергетические комплексы. Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения / специальности 180103 / Сост. А.И. Чурносов – Северодвинск: Севмашвтуз, 2011 г.-63с.

Ответственный редактор профессор, зав. кафедрой

Судовая электроэнергетика и электротехника В.Е. Гальперин.

Рецензенты: к.т.н., профессор кафедры Автоматика и управление в технических системах Ф.В. Черепенин.;

Начальник сдаточного участка ЭМП №1 ОАО СПО «Арктика»

Ю.В. Душкин.

Данное методическое указание предназначено для самостоятельного освоения материала и выполнения контрольной работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические комплексы» студентами заочной формы обучения по специальности 180103.

В методических указаниях изложены основные положения по вопросам выработки, распределения и потребления электрической энергии при нормальном функционировании судовой электроэнергетической системы корабля (судна).

Приведенны некоторые примеры расчета энергопотребления двигателей постоянного и переменного тока и характеристики при их использовании в судовых механизмах.

Методика расчета для выполнения контрольной работы, позволяет студентам самостоятельно выполнить один из вариантов предусмотренного задания.

Печатается по решению редакционно-издательского отдела Севмашвтуза.

© Севмашвтуз, 2011г.

Содержание

Требования к выполнению контрольной работы………………………………….4

1. Судовые электроэнергетические комплексы……………………………………5

2. Параметры и качество электрической энергии…………………………………6

3. Источники электрической энергии на судах……………………………………9

4. Распределение электрической энергии на судах………………………………14

5. Коммутационная и защитная аппаратура в СЭЭС…………………………….15

6. Судовые электроприводы……….…………………………………………….. ..17

6.1. Определение моментов инерции………………………………………..19

6.2. Приведение моментов инерции и моментов сопротивления……………….22

6.3. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока…….………24

6.4. Пуск двигателя постоянного тока…………………………………………….27

6.5. Электромеханические свойства двигателей переменного тока…………….32

6.6. Нагрев и охлаждение электродвигателей……………………………….……35

6.7. Выбор электродвигателя…………………………………………………..…..37

7.Методические указания расчета судового электропривода ………………….41

7.1. Расчет электропривода судового грузоподъемного механизма…………….42

8. Контрольная работа по расчету электропривода судового грузоподъемного механизма…………………………………………………………………………...56

9. Литература……………………………………………………………………… 58

10. Приложения…………………………………………………………………….59

Требования к выполнению контрольной работы.

Дисциплина «Судовые электроэнергетические комплексы» по специальности 180103 изучается студентами для освоения электромеханического цикла дисциплин при получении квалификации - морской инженер.

К выполнению и оформлению контрольной работы предъявляются следующие требования:

1. Контрольная работа выполняется в виде отдельного отчета, вариант расчетного задания по каждой из частей работы должен соответствовать порядковому номеру студента в списке студенческой группы (во избежание, ошибок, перед началом выполнения контрольной работы номер уточняется студентом в деканате). Возможны и другие принципы определения варианта, которые, в случае их применения, должны быть доведены до сведения студентов деканатом или преподавателем. Контрольная работа может выполняться рукописно или с помощью средств оргтехники (в программах Microsoft Word, Open Office или других). На титульном листе обязательно указываются: наименование дисциплины, наименование работы, номер варианта, номер группы, фамилия и инициалы студента, фамилия и инициалы преподавателя.

2. Текст, формулы числовые выкладки должны быть выполнены четко и аккуратно.

3. Буквенные обозначения и единицы физических величин должны соответствовать действующим нормативным документам (ГОСТ).

4. Во избежание ошибок, при расчетах, значения всех величин необходимо подставлять в формулы в единицах СИ. Количество значащих цифр после запятой должно быть не более двух.

5. При расчетах необходимо придерживаться определенного порядка, сначала искомую величину выразить формулой, затем подставить известные значения величин, после чего записать результат расчета.

6. Схемы, графики, диаграммы следует выполнять аккуратно с помощью соответствующих чертежных инструментов. В случае рукописного способа, оформление контрольной работы графики и временные диаграммы необходимо выполнять на миллиметровой бумаге. Допускается, кроме черного, использовать при построении синий, красный и зеленый цвета. Диапазоны измерений величин по осям следует выбирать так, чтобы построения занимали, по возможности, всю площадь графика.

7. В конце работы студент ставит дату и свою подпись.

8. Если работа не зачтена или зачтена при условии внесений исправлений, то все необходимые поправки делаются в конце работы в разделе «Работа над ошибками».

Охлаждение двигателя.

После отключения двигателя от сети выделение теплоты в нём сокращается: . Тогда , т.е. двигатель охлаждается до температуры окружающей среды . При этом двигатель останавливается, и теплоотдача в большинстве случаев ухудшается , а постоянная времени охлаждения становится больше . Для самовентилируемых двигателей ; для двигателей с независимым охлаждением можно принять .

Используя уравнение нагрева двигателя [1], получим уравнение охлаждение двигателя:

,

где - превышение температуры двигателя в момент отключения его от сети.

Если за время работы двигатель нагрелся до , т.е. , то после отключения то сети он будет охлаждаться по экспоненциальной кривой.

За время двигатель охлаждается до температуры, соответствующей превышению

.

На практике можно считать полностью остывшим, если его температура не более чем на отличается от температуры окружающей среды, (рис.5б).

Выбор электродвигателя.

Длительный режим работы.

Двигатели, работающие в длительном режиме, могут иметь неизменную или циклически меняющуюся во времени нагрузку, что определяет тепловые процессы в двигателе и методику выбора его мощности.

При неизменной нагрузке выбор двигателя довольно прост и заключается в определении потребляемой исполнительным механизмом мощности , по которой находят расчётную мощность электродвигателя

,

где - к.п.д. передачи от двигателя к рабочему органу механизма.

Далее, по каталогу выбирают двигатель нужных параметров (скорость, напряжение и др.) и конструктивного исполнения с номинальной мощностью . Выбранный таким образом двигатель будет удовлетворять всем требованиям со стороны исполнительного механизма и в дополнительной проверке не нуждается.

При циклически меняющейся нагрузке, с какой работает большинство электрифицированных механизмов, мощность электродвигателя рассчитывают на основе нагрузочной диаграммы исполнительного механизма по среднему статическому моменту.

.

Зная среднее значение статического момента, определяют расчётный момент выбираемого двигателя

,

где - коэффициент, учитывающий необходимость преодоления двигателем динамических нагрузок: увеличивается с увеличением колебаний нагрузки и числа включений двигателя в час.

Проверка мощности на нагрев производится по методу эквивалентного момента

,

или по методу эквивалентной мощности

.

Выбранный двигатель не будет перегреваться, если или .

Кратковременный режим работы.

Если двигатель, предназначенный для длительного режима, будет

работать кратковременно в течение с номинальной мощностью , то к концу рабочего периода его температура не достигнет максимально допустимого значения и двигатель будет недогружен (рис.5.9б).

Для полного использования такого двигателя необходимо, чтобы к концу рабочего периода его температура достигла значения . При этом он должен развивать мощность , определяемую коэффициентом тепловой нагрузки , который представляет собой отношение тепловых потерь кратковременного режима к номинальным потерям двигателя при условии одинакового нагрева ( до ):

;

При полном использовании двигателей в кратковременном режиме по тепловой перегрузке, двигатель может ограничиваться допустимой механической перегрузочной способностью. Поэтому предварительный выбор производят обычно по максимальной статической нагрузке с учётом перегрузочной способности .

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором кроме того, проверяют на возможность пуска.

Повторно-кратковременный режим работы.

Для работы в повторно-кратковременном режиме, как и в кратковременном, используют электродвигатели специального исполнения. Эти двигатели кроме повышенной перегрузочной способности, необходимой для работы в кратковременном режиме, должны также иметь минимальный момент инерции, чтобы обеспечивать, возможно, малое время переходных процессов (пуск, торможение).

Двигатель для работы в поворотно-кратковременном режиме выбирают в два этапа. Предварительно двигатель можно выбрать по мощности, развиваемой на рабочем органе механизма при номинальной статической нагрузке. Эту мощность (кВт) определяют по следующим выражениям:

- при вращательном движении рабочего органа

- при поступательном движении рабочего органа

,

где - момент на валу рабочего органа, Нм;

- усилие, Н;

- угловая скорость рабочего органа, ;

- заданная скорость линейного перемещения рабочего органа, .

Для грузоподъёмных механизмов:

,

где - диаметр грузового барабана, м;

m – масса поднимаемого груза, кг;

; - скорость навивки троса на барабан, .

Построив кинематическую схему и выбрав вид передачи, определяют к.п.д. механизма и мощность на валу электродвигателя. Для исполнительного механизма с заданной скоростью рабочего органа можно выбрать двигатель мощностью с различными номинальными скоростями.

Для электропривода с выбранным таким образом двигателем находят приведённый момент инерции, рассчитывают переходные процессы и строят нагрузочную диаграмму с учётом пуска и торможения. На основании полученной нагрузочной диаграммы предварительно выбранный двигатель проверяют на нагрев.

Повторно-кратковременный режим – режим, к которому можно привести работу электроприводов рулевых устройств, якорно-швартовых устройств, грузоподъёмных механизмов, траловых, буксирных лебёдок и т.д.

Этот режим состоит из периодов работы и пауз, причем за время работы двигатель успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружающей среды (рис.5.7в). суммарная продолжительность рабочего периода t_раб. И паузы t_о (время цикла t_ц ) не должна превышать 10 мин. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения – отношением продолжительности рабочего периода t_раб к продолжительности t_ц , выраженной в процентах:

Стандартные значения ПВ-15,25,40,60%.

Повторно-кратковременный режим характерен для грузоподъемных механизмов.

А.И. Чурносов

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ