Тема 1.10. Основы электропривода.

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему , предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств:

1. преобразовательное;

2. электродвигательное;

3. передаточное;

управляющее.

Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров сети в электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.

В качестве преобразовательных устройств используются:

1. для преобразования рода тока – выпрямители, преобразующие переменный ток в постоянный;

2. для преобразования напряжения – трансформаторы, преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;

3. для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.

4. для преобразования напряжения – инверторы, преобразующие постоянное напряжение в пременное регулируемой амплитуды и частоты

Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.

Выпрямители

На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в оснвном на судах старой постройки):

1. якорно – швартовные механизмы – брашпили;

2. грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;

3. гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.

Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.

Трансформаторы

Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.

Преобразователи частоты

На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.

Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов (система генератор – двигатель), механической энергии в электрическую.

К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.

К передаточным устройствам относят механические, гидравлические и другие передачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и рулевых механизмах. Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устройством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым барабаном лебёдки.

Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центробежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера (с рукояткой управления) и

станции управления, внутри корпуса, которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты – контакторы, реле, предохранители и др.

В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).

При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.

Классификация электроприводов

Электроприводы классифицируются (различаются) по нескольким признакам.Рассмотрим основные признаки.

По области применения различают 2 вида электроприводов:

1. береговые;

2. судовые.

По роду тока различают так же 2 вида электроприводов:

1. постоянного тока;

2. переменного тока.

Переход судовых электроприводов на переменный ток завершился в начале 60 – х годов 20 столетия. Это стало возможным после начала производства (в б. СССР) электрических машин, предназначенных специально для работы на судах их называют машинами морского исполнения.

По количеству исполнительных механизмов и электродвигателей различают 3 вида электроприводов:

1. групповой;

2. одиночный;

3. многодвигательный.

Групповым называют электропривод, в котором один электродвигатель приводит в движение несколько исполнительных механизмов. Пример: токарный станок, в котором электродвигатель вращает патрон с заготовкой и одновременно перемещает суппорт станка с бабкой, в которой зажат резец. Суппорт при этом движется поступательно (влево – вправо) вдоль станины станка. На судах групповые приводы применяются крайне редко.

Одиночным называют электропривод, в котором электродвигатель приводит в движение только один исполнительный механизм. Пример: электропривод насоса или вентилятора, в котором крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Многодвигательным называют электропривод, в котором несколько электродвигателей совместно работают на общий вал. Пример: привод платформы механизма поворота мощного экскаватора, в котором электродвигатели включаются в разных сочетаниях, благодаря чему обеспечивается равномерное распределение статических и динамических нагрузок при повороте платформы.

Многодвигательные электроприводы используются на специализированных судах, например, плавучих буровых вышках и др.

По степени автоматизации различают 3 вида электроприводов:

1. неавтоматизированные;

2. автоматизированные;

3. автоматические.

В неавтоматизированном электроприводе человек участвует на всех стадиях управления электроприводом. Пример: электропривод вентилятора, управляемый при помощи поста управления с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп». Оба действия – пуск и остановка, выполняет человек путём нажатия соответствующей кнопки.

В автоматизированном электроприводе функции управления разделены между человеком и управляющим устройством. Обычно человек задаёт программу работы электропривода, остальное же выполняет управляющее устройство.

Пример: электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями. Пусть оператор (лебёдчик) резко перевёл рукоятку командоконтроллера из нулевого положения сразу в 3-е в направлении «Подъём». Двигатель при этом включится не на 3-й скорости, а на 1-й, что позволит избежать поломки редуктора, а далее разгон электродвигателя произойдёт постепенно, с задержкой при переходе с 1-й скорости на 2-й, а затем со 2-й к 3-ю. Эту задержку обеспечивают два реле времени, входящие в состав управляющего устройства.

В автоматическом электроприводе роль человека сводится лишь к наблюдению за работой электропривода.

Пример: автоматический рулевой. На начальном этапе участие человека заключается в подаче питания на рулевой электропривод (электромеханик) и в выведении судна на требуемый курс, например, при помощи штурвала (рулевой матрос или вахтенный помощник). После этого на тумбе управления рулевым электроприводом (мостик) переключатель видов управления устанавливают в положение «Автомат». В зависимости от условий плавания, такой режим может длиться от нескольких часов до нескольких десятков суток.

По возможности изменения скорости различают два вида электроприводов:

1. нерегулируемый, не предусматривающий изменение скорости;

2. регулируемый, имеющий 2 и более скоростей.

Пример нерегулируемого электропривода: электропривод вентилятора, управление которым состоит только в пуске и остановке, а скорость не регулируется.

Примеры регулируемого электропривода:

1. электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями ;

2. электропривод якорно-швартовного устройства с 6-ю скоростями.

По возможности изменения направления вращения различают два вида электроприводов:

1. нереверсивный;

2. реверсивный.

Пример нереверсивного электропривода: электропривод вентилятора, управление которым состоит только в пуске и остановке, а направление вращения не изменяется.

Примеры реверсивного электропривода: 1. электропривод грузовой лебёдки с 2-мя режимами: «подъём» и «спуск»; 2. электропривод якорно-швартовного устройства с 2-мя режимами: «травить» и «выбирать».

По назначению различают 5 видов судовых электроприводов:

1. рулевые;

2. якорно-швартовные (брашпили и шпили);

3. грузоподъёмные (грузовые лебёдки и краны, лифты);

4. электроприводы судовых нагнетателей (насосы, вентиляторы, компрессоры);

5. механизмы специального назначения.

К последней группе относят электроприводы:

1. подруливающих устройств;

2. систем кренования и дифферента;

3. успокоителей качки;систем откренивания судов;

4. автоматические швартовные лебедки.

Подруливающие устройства предназначены для повышения манёвренности судов. С их помощью судно может перемещаться лагом (бортом) и даже совершать полный оборот на месте. Такие устройства применяют на обычных транспортных судах, а также на судах – паромах, предназначенных для перевозки колёсной техники.

Системы кренования и дифферента применяют на ледокольных судах, для освобождения судна, зажатого во льдах и придания корпусу судна необходимой осадки.

Системы успокоителей качки применяют, в основном, на пассажирских судах и морских паромах.

Системы откренивания судна применяют на судах с горизонтальным способом погрузки (суда типа ро-ро) для выравнивания крена. Применение этих систем повышает безопасность грузовых операций и обеспечивает надёжность работы въездной аппарели.

Автоматические швартовные лебедки применяют на судах с целью поддержания постоянного усилия в швартовном канате при стоянке судна в порту или на рейде. При увеличении натяжения каната лебедка включается и потравливает канат до тех пор, пока усилие в канате не уменьшится до заданного. При уменьшении натяжения каната лебедка включается и набивает канат.