Судовые автоматизированные электроприводы

ный статический момент, например, в  приводах насосов, вентиляторов и компрессо

ров. В таких механизмах работа двигателя  связана с преодолением действия сил трения.

Аварийный реверс двигателя происходит в приводах, создающих активный статический  момент, например, в приводах грузовых лебедок и кранов, брашпилей.

В таких механизмах работа двигателя  связана с преодолением действия силы тя-

жести.

Причин опрокидывания много, например, увеличение частоты тока при раз-

гоне асинхронного двигателя, переключение обмотки статора с треугольника на двойную звезду и т.п. Однако на практике основной причиной опрокидывания является провал напряжения судовой сети, например, при пуске крупного асинхрон

ного  двигателя ( компрессора, подруливающего устройства и т.п. ).

Вне зависимости от причины, условие опрокидывания двигателя такое: максимальный ( критический ) момент двигателя должен оказаться меньше статического момента механизма, т.е.

М' < М .

 

Поэтому проверка на опрокидывание  состоит в сравнении нового ( понижен

ного )  значения максимального момента электродвигателя со статическим момен-

том на валу двигателя при подъёме  номинального груза.

Двигатель не опрокинется, если его  новый максимальный момент остается больше  статического момента, созданного грузом, т.е. при условии:  М' > М .

.2. максимальный момент электродвигателя  при провале напряжения 

                М' = ( 0,85 ) * М = 0,7225*500 = 361,3 Н*м,

где: М =  500 Н*м – максимальный момент двигателя при работе на третьей скорости.

.3. поскольку М' =  361,3 Н*м > М = 226,74 Н*м, двигатель не опрокинется.

.4. в случае опрокидывания двигателя,  необходимо из справочника выбрать

следующий ближайший по мощности электродвигатель с большей мощностью и повторить  проверку.

 

 

5. Расчёт  нагрузочной диаграммы электропривода  лебёдки

 

Нагрузочная диаграмма представляет собой зависимость тока электродвига

теля  от времени на протяжении одного цикла  работы лебёдки, т.е. зависимость I (t).

Каждый такой цикл состоит из таких сменяющих друг друга режимов  рабо-

ты  электропривода:

.1.  подъём номинального груза;

.2.  горизонтальное перемещение  груза ( двигатель не работает );

.3.  тормозной спуск груза;

.4.  отстропка груза ( двигатель не работает );

.5.  подъём холостого гака;

.6. горизонтальное перемещение  холостого гака ( двигатель не работает );

.7. силовой спуск холостого гака;

.8. застропка груза ( двигатель не работает ).

Время переходных процессов при работе двигателя ( пп. 1, 3, 5 и 7 ) рассчитывает

ся  по формулам, приводимым ниже, а продолжительность нерабочих промежут

ков ( пп. 2, 4, 6 и 8 ) принимается на основании среднестатистических данных

( см. ниже ).

 

5.1. расчёт времени переходных  процессов при подъёме груза

 

.1. приведенный к валу электродвигателя  момент инерции движущихся частей  электропривода

Ј = к*Ј + ( m* ν ) / ω = 1,2*1,16 + ( 2321*0,75² ) / 141,3²  = 654,88 ≈

≈ 1,0 кг*м ,

где : к = 1,1…1,3 – коэффициент, учитывающий влияние движущихся частей электропривода ( кроме ротора двигателя ) на величину приведенного момента инерции; принимаю усредненное значение к = 1,2;

 

 

m = ( G + G ) / 9,8 = ( 22500 + 250 ) / 9,8 = 2321 кг – масса груза и гака , выраженная через вес ( т.е. в кг );

ω = 2 π* n / 60 = 2*3,14*1350 / 60 = 141,3 с ^–1 ( n = 1350 об / мин – номиналь-

ная частота вращения двигателя на 3-й  скорости – см. таблицу 1. );

.2. динамический момент при пуске

М = М - М =   400 – 226,74 = 173,26 ≈ 173 Н*м

.3. время пуска

t = Ј * ω / М =  1,0*141,3 / 173 = 0,816 ≈ 0,8 с

.3. тормозной момент механического  тормоза выбирается по условию

М ≥ 2 М =  2*45,23 = 90,46 Н*м

.4. из справочника «Судовые электроприводы»,  в 2-х томах, под редакцией  И.Р. Фрейдзона, Л., Судостроение, 1983 г., выбираю при ПВ% = 40 % тормоз типа ТМТ 52 с такими данными :

1. тормозной момент в режиме ПВ =  40 %   М = 30 даН*м = 300 Н*м
2. таким образом, неравенство п. 3 соблюдается  ( М = 300 > 2 М =  133,4   Н*м );
3. ход тормоза начальный –  2    мм;
4. ход тормоза максимальный –  4  мм;
5. число тысяч торможений до смены дисков при частоте вращения в начале торможения       об/мин – 200    .                            
6. фазный ток –  3,5 А.
7. принятые сокращения в обозначении тормоза – Т – тормоз, М – морского

исполнения, Т – трёхфазный (или Т- тормоз, Д- для динамических режимов, П- постоянного тока);          

       

   .5. коэффициент полезного  действия двигателя при работе  на 3-й скорости

η = ( Р *10 ) / ( *U*I*cos φ ) = ( 32*10³ ) / ( *380*70*0,88 ) = 0,79

   .6. постоянные потери в двигателе  равны номинальным переменным  потерям

Δ Р = Δ Р = 0,5 Р ( 1/η – 1 ) =  0,5*32 ( 1 / 0,79 – 1 ) = 4,25  кВт

   .7. тормозной момент, обусловленный  постоянными потерями в двигателе

М = Δ Р / ω =  4250 / 94,2 = 45,1 Н*м

               .8. суммарный тормозной момент, создаваемый  совместным действием груза,

тормоза и электродвигателя

М = М + М +  М =  66,7 + 300 + 45,1 = 411,8   Н*м

               .9. время остановки поднимаемого  груза при отключении двигателя

t = Ј * ω / М =  2,0*94,2 / 411,8 = 0,45 c

               .10. расстояние, пройденное грузом  при разгоне и торможении

H = 0,5 ν ( t + t ) =  0,5*0,75 ( 0,44 + 0,45 ) = 0,33 м

               .11. время подъёма груза в установившемся  режиме

t = ( Н - H ) / ν =  ( 12- 0,33 ) / 0,75 = 15,5 с

         

( Пример )

 

  .12. номинальный момент двигателя  при работе на 3-й скорости 

М = Р *10 / ω =  32*10³ / 94,2 = 339 Н*м

   .13. ток, потребляемый двигателем  при подъёме

I = I ( М / М ) =  70 ( 303,2 / 339 ) = 62,5 А,

что меньше номинального I =  70 А.

Иначе говоря, при подъеме номинального груза двигатель по току не будет

перегружаться.

 

5.2. расчёт времени  переходных процессов при тормозном  спуске груза

.1. угловая скорость при моменте  М = 66,7 Н*м

( ω - ω / (  ω - ω ) = М / М ,

где ω = 2πf / р = 2*3,14*50 / 3 = 314 / 3 = 104,6 с^-1 ( р = 3 – число пар полю

сов обмотки 3-й скорости, см. таблицу 1, в которой число полюсов 2р = 6 ), или, в числах   ( 104,6 – 94,2 ) / ( 104,6 – ω ) = 339 / 66,7,

откуда 10,4  / ( 104,6 - ω ) =  5.

                             Разделим обе части на число «5»: 2,08 / ( 104,6 - ω ) = 1,

откуда окончательно 2,08 = 104,6 - ω , или ω = 104,6 – 2,08 = 102,52 с^-1 ;

.2. угловая скорость рекуперативного  спуска

 ω = 2 ω - ω =  209,2 – 102,52 = 106,8 рад/с

.3. время пуска двигателя при  опускании груза

t =( Ј * ω ) / ( М + М ) =  ( 2,0*106,8 ) / ( 730 + 66,7 ) = 0,27 с

.4. тормозной момент при отключении  двигателя от сети

М = М + М - М =   300 + 45,1 - 66,7 = 278,4 Н*м

( знак «минус» при М объясняется тем, что при тормозном спуске груза

  статический момент М является движущим, а не тормозным ) 

.7. время остановки опускаемого  груза

t = (Ј * ω ) / М = ( 2,0*106,8 ) /  278,4 = 0,77 с

.8. скорость опускания груза

ν = ( ω * R ) / ι = ( 106,8*0,25 ) / 33 = 0,8 м/с

.9. путь, пройденный грузом при  разгоне и торможении

Н = 0,5 ν ( t + t ) = 0,5*0,8 ( 0,27 + 0,77 ) = 0,416 ≈ 0,42 м

.10. время опускания груза в  установившемся режиме

t = ( Н - Н ) / ν =  ( 12- 0,42 ) / 0,8 = 14,475 ≈ 14,5 с

.11. ток, потребляемый двигателем  при тормозном спуске

I =  I *(  М / М ) =   70*66,7 / 339 = 13,77 ≈ 14 А

 

         

 

Рис.1. Зависимость коэффициента полезного  действия передачи η '

( редуктора ) от отношения веса холостого гака G к номинальной грузо-

подъемности лебедки G ( в данном примере G / G = 320 / 28500 ≈ 0,01 ).

 

Графиком пользуются так:

1. из исходных данных выписывают номинальное значение КПД передачи

( в данном примере η = 0,72 );

2. на рис. 1 нет сплошной кривой, которой соостветствует к  η = 0,72 ,

поэтому на рис.1 находят графике кривую с  ближайшим к  η = 0,72 ;значением – это кривая с η = 0,7 ( самая нижняя );

3. самостоятельно апроксимируют кривую с η = 0,7 в кривую с η = 0,72

( она показана пунктиром выше  кривую с η = 0,7 );

4. по известному значению G / G и кривой с η = 0,72 находят значение

КПД η ' = 0,01.

 

Этот  график применяют для расчета  времени переходных процессов при  перемещении холостого гака ( подъеме и спуске ).

 

3.  расчёт времени переходных процессов при подъёме холостого гака

 

.1. момент на валу двигателя при  подъёме холостого гака

М = ( G *R ) / ( ι*η ) = ( 320*0,25 ) / ( 33*0,1 ) = 24,2 Н*м,

где:  η = 0,1 – кпд передачи при G / G = 320 / 28500 = 0,01

( см. рис.1 )

.2. угловая скорость при М = 24,2 Н*м

( ω - ω / (  ω - ω ) = М / М , или в числах ( 104,6 – 94,2 ) / ( 104,6 -                                               - ω ) = 339 / 24,2, откуда ω = 103,8 рад/с

.3. Приведенный к валу двигателя  момент инерции ротора электродвигателя  и вращающихся частей редуктора 

Ј = к* Ј = 1,2*1,5 = 1,8 кг*м

.4. время разгона двигателя при  подъёме холостого гака

t = (Ј * ω ) / ( М - М ) = ( 1,8*103,8 ) / ( 730 – 24,2 ) = 0,27 с

.5. тормозной момент при отключении  двигателя от сети в конце  подъёма гака

М = М + М + М = 300 + 45,1 + 24,2 = 369 Н*м

.6. время торможения поднимаемого  гака

t = ( Ј * ω ) / М =  ( 1,8*103,8 ) / 369 = 0,5 с

.7. скорость подъёма холостого гака

ν =( ω * R ) / ι = ( 103,8*0,25 ) / 33 = 0,78 м/с

.8.   путь гака при разгоне и  торможении

Н = 0,5 ν ( t +  t ) =  0,5*0,78 /  ( 0,27 + 0,5 ) = 0,5 м

.9. время подъёма гака с постоянной  скоростью

t = ( Н - Н ) / ν =  ( 12- 0,5 ) / 0,78 = 14,7 с

.10. ток двигателя при подъёме  холостого гака

I =  I ( М / М ) = 70 ( 24,2 / 339 ) = 5 А

 

5.4.  расчёт времени переходных процессов при силовом спуске холостого гака

.1. момент на валу двигателя при  силовом спуске  холостого гака

М = ( G *R ) * ( 2 – 1  / η ) / 2 ι = ( 320*0,25) ( 2 – 1 /  0,1 ) /  33 = - 19,4  Н*м,

где:  η = 0,1 – кпд передачи при G / G = 320 / 28500 = 0,01

( см. рис.1 Приложения ); знак «минус» объясняется тем, что при силовом спуске двигателя его момент имеет противоположное направление по отношению к направлению при подъеме груза ( двигатель работает в 3-м квадранте в системе координат ω ( М ), принятой для изображения механических характеристик электродвигателей и исполнительных механизмов );

.2. угловая скорость при М =  - 19,4 Н*м (  в формулу подставляется абсолютное значение момента М , т.е. принимается М =  19,4 Н*м ) 

( ω - ω ) / (  ω - ω )  = М / М , или в числах ( 104,6 – 94,2 ) / ( 104,6 –

• ω ) = 339 /  19,4, откуда ω = 104 с^-1

.3. время разгона двигателя при  спуске холостого гака

t = (Ј * ω ) / ( М - М ) =  ( 1,8*104 ) / ( 339 - 19,4 ) = 0,58 с

.4. тормозной момент при отключении  двигателя от сети в конце  спуска

холостого гака

М = М + М + М =  300 +  45,1 + 19,4 = 364,5 Н*м

.5. время торможения поднимаемого  гака

t = ( Ј * ω ) / М =   ( 1,8*104 ) / 364,5 = 0,51 с

.6. скорость спуска холостого гака

ν =( ω * R ) / ι = ( 104*0,25 ) / 33 = 0,78 м/с

.7.   путь гака при разгоне и  торможении

Н = 0,5 ν / ( t +  t ) = 0,5*0,78  / ( 0,58 + 0,51 ) = 0,35 м

.9. время подъёма гака с постоянной  скоростью

t = ( Н - Н ) / ν =   ( 12 – 0,35 ) / 0,78 = 14,9 с

 

.10. ток двигателя при подъёме  холостого гака

I =  I (  М / М ) = 70 ( 19,4 / 339 ) = 4,0 А

.5. построение нагрузочной  диаграммы I ( t )

.1. Результаты  расчёта, полученные в пп. 3.1., 3.2., 3.3. и 3.4., сведём в таблицу 2.

Таблица 2. Исходные данные для построения нагрузочной  диаграммы

№№	Режимы работы	Ток, А	Время, с
	Подъём номинального груза
1.	Пуск	I = 340	t = 0,44
2.	Установившийся режим	I = 62,5	t = 15,5
3.	Торможение		t = 0,45
	Горизонтальное перемещение груза		t = 20
	Тормозной спуск груза
1.	Пуск	I = 340	t = 0,27
2.	Установившийся режим	I = 14	t = 14,5
3.	Торможение		t = 0,77
	Отстропка груза		t = 60
	Подъём холостого гака
1.	Пуск	I = 340	t = 0,27
2.	Установившийся режим	I = 5	t = 14,7
3.	Торможение		t = 0,5
	Горизонтальное перемещение груза		t = 20
	Спуск холостого гака
1.	Пуск	I = 340	t = 0,58
2.	Установившийся режим	I4 = 4	t = 14,9
3.	Торможение		t = 0,51
4.	Застропка груза		t = 60