Глава VI.
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
§ 39. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СУДОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Электропривод состоит из следующих основных элементов: электрического двигателя, передаточного механизма и электрической системы управления. Всякий электропривод должен обеспечивать высокую надежность, безопасность и безотказность его действия, простоту и удобство обслуживания, быть экономичным, иметь минимальные габариты, массу и стоимость. Оборудование и аппаратуру электропривода выбирают в соответствии с условиями их работы на судне.
Выбор электродвигателя для судового электропривода зависит от ряда факторов и определяется технологическими требованиями рабочего процесса, особенностями исполнительного механизма и условиями работы. Основанием для выбора двигателя являются: его номинальная мощность, механическая и скоростная характеристики, регулировочная способность, тормозные и реверсивные свойства, способность к перегрузкам, конструктивное исполнение. Выбор двигателя зависит также от параметров судовой сети: рода тока, напряжения, частоты.
Мощность электродвигателя должна соответствовать расчетной. Завышение установленной мощности двигателя приводит к его недостаточному использованию, снижению к. п. д., а у двигателей Переменного тока — и коэффициента мощности.
Электромеханические характеристики двигателя и его свойства должны удовлетворять технологическим требованиям режима работы исполнительного механизма. Двигатель выбирают для заданного режима на основании, нагрузочной диаграммы исполнительного механизма, представляющей собой графически выраженную зависимость M=f(s).
В нерегулируемых судовых приводах и в судовых электроприводах, не требующих широкого и плавного регулирования скорости (вентиляторы, насосы, компрессоры, шпили и др.), на современных речных судах успешно применяют асинхронные двигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым и (реже) с фазным ротором.
Однако для некоторых судовых электроприводов (рулевой электропривод, электроприводы брашпиля и буксирной лебедки) предпочтительнее использовать электродвигатели постоянного тока, выдерживающие значительные перегрузки и отличающиеся хорошей регулировочной способностью.
В электроприводах постоянного тока для палубных механизмов получили распространение двигатели типа ДПМ. Их выпускают на напряжение 220 В, в водозащищенном исполнении, для кратковременного (15; 30 и 60 мин) и повторно-кратковременного режимов работы с относительной продолжительностью включения 15; 25 и 40%.
Двигатели этих серий выдерживают в течение 1 мин перегрузки по току: при последовательном возбуждении — 3-кратную, при смешанном — 2,65-кратную и при параллельном — 2,5-кратную от номинального тока.
Электродвигатели постоянного тока серии П в брызгозащищенном и водозащищенном исполнении, применяемые в судовых условиях для длительного режима работы, должны иметь усиленную влаго- и маслостойкую изоляцию.
В электроприводах переменного тока широко используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серий А2, АО2 и МАП. Двигатели серии А2 выпускают также в морском исполнении. Асинхронные электродвигатели серий А2, АО2(АМ) и МАП рассчитаны на питание от сети трехфазного переменного тока напряжением 380/220 и 220/127 В, выпускаются в брызго- и водозащищенном исполнении и предназначены для длительного режима работы. Они способны выдерживать перегрузку по току в пределах 150% номинальной в течение 2 мин.
Двухскоростные асинхронные двигатели серии МАП применяются также в электроприводах палубных механизмов (брашпилей; шпилей, лебедок).
При определении номинальной мощности двигателя надо исходить из того, чтобы двигатель, обеспечивая заданный режим работы механизма, нагревался до температуры, близкой к предельно допустимой для его изоляции, но не превышал ее.
Температура нагрева двигателя зависит как от нагрузки, так и от продолжительности его работы. Различают три режима работы двигателей: продолжительный, повторно-кратковременный и кратковременный.
Продолжительным называется режим, при котором рабочий период настолько длителен, что при неизменной температуре окружающей среды нагрев машины достигает своего установившегося значения. При этом установившаяся температура нагрева будет близка к предельно допустимым значениям, но не превысит их. В продолжительном режиме работают большинство судовых и вспомогательных механизмов (насосы, компрессоры, вентиляторы и др.).
В продолжительном режиме двигатель может работать в течение всего периода с неизменной или изменяющейся во времени по величине нагрузкой.
Мощность двигателя в первом случае определяется величиной момента, который должен быть создан на eгo валу для обеспечения работы исполнительного механизма. Двигатель подбирают непосредственно по каталогу так, чтобы его номинальная мощность
удовлетворяла условию
В этом уравнении предполагается, что угловая скорость вращения двигателя сохраняется неизменной.
Наиболее точным является уравнение эквивалентного тока. Метод эквивалентного момента нельзя использовать в тех случаях, когда магнитный поток двигателей не остается постоянным в процессе их работы (двигатели с последовательным возбуждением или со смешанным возбуждением с преобладающей обмоткой последовательного возбуждения). Его нельзя применять, когда скорость вращения двигателей в процессе работы меняется.
Выбранные двигатели должны быть проверены по перегрузочной способности по следующим отношениям:
двигатели постоянного тока
;
асинхронные двигатели
Здесь
соответственно максимальные значения тока
и момента по графику нагрузки;
— допустимые коэффициенты перегрузки по Току и моменту, принятые по каталогу.
Рис. 61. График работы двигателя в длительном режиме с циклично меняющейся нагрузкой
Рис. 62. График работы двигателя в повторно-кратковременном режиме
Повторно-кратковременным называется режим, при котором сравнительно непродолжительные рабочие периоды чередуются с паузами (рис. 62), причем за период работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время пауз — охладиться до температуры окружающей среды.
Характерен этот режим для работы кранов, грузовых лебедок, лифтов-подъемников и др.
Повторно кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ, которая определяется в процентах как отношение времени работы двигателя ко всей продолжительности рабочего цикла
Стандартные значения относительной продолжительности включения ПВ равны 15; 25; 40 и 60%.
Мощность двигателя для повторно-кратковременного режима рассчитывают по формуле эквивалентного момента или эквивалентной мощности с учетом или без учета продолжительности пауз.
Расчет мощности двигателя с учетом пауз производят в такой последовательности:
определяют величину эквивалентной мощности по формуле
выбирают по каталогу соответствующий двигатель.
Рис. 63. График работы двигателя к примеру 7
- Фактическая ПВ%
Для заданного случая может быть выбран двигатель типа ДПМ-32 с параллельным возбуждением мощностью 15 кВт, на напряжение 2120 В, с частотой вращения 1180 об/мин, ПВ=05%.
Кратковременным называется режим, при котором рабочий период настолько непродолжителен, что в условиях неизменной температуры окружающей среды нагрев электрической машины не успевает достичь практически установившихся значений, а во время достаточно длительных пауз температура нагрева снижается до температуры окружающей среды.
Стандартные значения продолжительности кратковременной работы 15; 30; 60 мин.
При кратковременном режиме двигатель может быть нагружен больше его номинальной мощности, так как вследствие незначительной продолжительности рабочего периода, температура перегрева двигателя не успевает достигнуть установившегося значения. Чем меньше рабочий период, тем больше может быть загружен двигатель.
Мощность электродвигателя, работающего в кратковременном режиме, определяют исходя из его перегрузочной способности, которая характеризуется коэффициентом тепловой перегрузки. Этот коэффициент представляет собой отношение потерь при кратковременном режиме к поминальным потерям при условии одинакового нагрева двигателя и может быть определен по формуле
Для работы в кратковременном режиме рекомендуется применять специальные электродвигатели, выпускаемые Для работы при ПВ, равном 25 и 40%, Двигатели нормального исполнения имеют сравнительно небольшую перегрузочную способность и не могут быть достаточно полно загружены.
На условия нагрева электродвигателя существенное влияние оказывает число включений. Увеличение числа включений связано с ростом потерь мощности при пуске и торможении, что вызывает повышенный нагрев двигателя. Поэтому электродвигатели, работающие в тяжелых режимах с большим числом включений в час (свыше 400), необходимо проверять на допустимое число включений. Особенно это важно делать для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Приближенно допустимое число включений в час для асинхронных двигателей может быть определено по формулам:
для общепромышленных двигателей
