Способы управления электродвигателями

Управление электродвигателем сводится к пуску, реверсу, остановке, торможению и изменению скорости его вращения.
В зависимости от способа воздействия на пускорегулирующую аппаратуру различают ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление электродвигателям.
По роду применяемой аппаратуры управление может быть реостатным, контроллерным, контакторным и по системе генератор-двигатель.
При ручном управлении все операции по изменению состояния электродвигателя осуществляются непосредственным воздействием на пускорегулирующую аппаратуру электродвигателя: рубильники, пакетные выключатели и магнитные пускатели (при прямом пуске), пусковые, регулирующие или пускорегулирующие реостаты и контроллеры.
При электродвигателях значительных мощностей аппаратура ручного управления (реостаты и контроллеры) становится тяжелой и громоздкой, а манипуляции с ней требуют значительных физических усилий, что затрудняет управление.
Ручное управление электродвигателями требует от оператора определенных навыков. При неправильных манипуляциях возможны обесточивание установки из-за срабатывания автомата генератора (вследствие недопустимого толчка пускового тока при слишком быстром пуске), перегрев пусковых сопротивлений (при слишком замедленном пуске), повышенный динамический удар (при резком торможении) и т. п. Поэтому при ручном управлении снижается надежность работы электродвигателей, и в настоящее время оно применяется в основном для электродвигателей небольшой мощности со сравнительно редкими пусками и остановками.
Полуавтоматическое управление электродвигателем осуществляется при помощи релейно-контакторной аппаратуры. Воздействие на эту аппаратуру (для соответствующего замыкания и размыкания цепей питания катушек контакторов и реле) производит оператор при помощи ручных аппаратов: кнопок управления или командоконтроллеров. Весь же процесс изменения состояния электродвигателя происходит автоматически в нужной последовательности и с нужными выдержками времени независимо от оператора.
Для полуавтоматического управления от персонала не требуется высокая квалификация. Для манипуляции с командоконтроллерами и кнопками управления не нужно больших физических усилий; кроме того, эти усилия совершенно не зависят от мощности электродвигателя. При таком способе управления повышается надежность работы электродвигателей, облегчается их блокировка, становится возможным дистанционное управление, а также одновременное управление несколькими электродвигателями из одного места (например, управление двумя грузовыми лебедками одним лебедчиком).
Преимущества полуавтоматического управления обусловили его значительное распространение на судах.
При автоматическом управлении обслуживающий персонал не участвует в управлении электродвигателем. Роль оператора сводится к первоначальной наладке системы и дальнейшему периодическому наблюдению за ее состоянием. Начальные импульсы для пуска или остановки электродвигателя подаются специальными аппаратами, так называемыми датчиками. Такими датчиками могут служить реле, реагирующие на изменение давления, температуры какой-либо среды, уровня жидкости в сосуде или отсеке судна и т. д.
За последние годы автоматическое управление электродвигателями на судах получает все большее распространение. Автоматизируется управление насосами водоснабжения, климатическими установками, компрессорами, холодильными установками, механизмами, обслуживающими работу паровых котлов и т. д.
Автоматическое управление значительно облегчает работу судового персонала, освобождая его от необходимости непрерывно наблюдать за работой механизмов.

3.4. Обслуживание электрических машин постоянного тока При подготовке к пуску электрические машины внимательно осматривают, обращая особое внимание на чистоту коллектора и щеток, а также на состояние внутренних и наружных контактов. Проверяют положение щеток в щеткодержателях и силу нажатия пружин. Обязательно проверяют, есть ли смазка в подшипниках, и в случае необходимости добавляют ее. Затем, проверив положение рукояток регулировочных и пуско­вых реостатов, проворачивают агрегат вручную на 1—2 оборота, проверяя при этом, нет ли заеданий и посторонних шумов. Убе­дившись в отсутствии дефектов, пускают агрегат. После пуска аг­регата наблюдают за его работой по показаниям контрольно-измерительных приборов и периодически проверяют нагрев отдель­ных частей, работу коллектора и щеток. При нормальной работе нагрев машины вызывается прохож­дением тока через обмотки и выделением тепла, трением в под­шипниках, трением щеток о коллектор и вращающихся частей о воздух. В инструкциях завода-изготовителя обычно указываются допустимые температуры нагрева отдельных частей машины. Если по обмоткам будет проходить ток большей величины (при пере­грузках и коротких замыканиях), то нагрев обмоток возрастает, что может привести к порче изоляции машины. В случае отсутст­вия или недостаточности смазки в подшипниках они быстро нагре­ваются и изнашиваются. Ни в коем случае нельзя допускать искрения между щетками и коллектором электрической машины. Искрение может возникнуть, если коллектор загрязнен или неравномерно выработаны его пла­стины, неплотно прилегают или дрожат щетки, ток, проходящий по обмоткам, превосходит расчетный и т. д. Работе коллектора уде­ляют самое серьезное внимание. Поэтому, когда машина не рабо­тает, загрязненный коллектор очищают тряпочкой, смоченной в бензине или керосине. При этом, если обнаружат царапины на кол­лекторе, его шлифуют стеклянной шкуркой. Для плотного приле­гания щеток к пластинам коллектора щетки притирают стеклян­ной шкуркой, которую заводят между щетками и коллектором. Если щетки слабо прижимаются к коллекторным пластинам, не­обходимо отрегулировать нажимные пружины. Изменение режима работы машины производится с помощью соответствующей аппаратуры управления. После остановки элек­тромашин постоянного тока необходимо: осмотреть машину сна­ружи и внутри; удалить и протереть пыль, грязь и масло со всех доступных частей; измерить изоляцию и ощупать места контакт­ных соединений для определения мест чрезмерного нагревания; устранить неисправности, замеченные во время работы и осмот­ра машины. 3.5. Принцип действия и устройство электрических машин переменного тока. Синхронные машины Машины переменного тока по устройству немного отличаются от машин постоянного тока. Каждая машина состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, и вра­щающейся части, называемой ротором. В отличие от машин по­стоянного тока, у машин переменного тока на статоре укладывают обмотку якоря, а на роторе — обмотку возбуждения. Вместо кол­лектора на роторе имеются изолированные кольца, по которым ток проводится в обмотку возбуждения. Машины переменного тока бывают синхронные и асинхронные. Синхронными называются такие машины переменного то­ка, частота вращения которых определяется частотой тока. С изменением частоты тока у таких машин одновременно (синхронно) ме­няется частота вращения. Как правило, у синхронных машин по об­мотке возбуждения проходит постоянный ток от постороннего источника. Синхронные машины обратимы, т. е. могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Конструкция синхронно­го двигателя почти не отличается от конструкции синхронного ге­нератора. Рис. 11. Схема и продольный разрез синхронного генератора: 1- сердечники полюсов; 2- катушка обмотки возбуждения; 3-якорь; 4 - 5- контактные кольца; 6- станина Так как на судах морского флота цепи переменного тока питаются от трехфазных синхронных генераторов, то остановим­ся на их устройстве и принципе работы. Обмотка якоря трехфазного синхронного генератора распола­гается в статоре и состоит из трех отдельных обмоток-фаз, сдви­нутых относительно друг друга на 120° (1/3 периода) с таким расчетом, чтобы индуктируемая э. д. с. в каждой фазе достигала своего максимума спустя 1/3 периода после максимума э. д. с. со­седней фазы. Обмотку возбуждения укладывают на роторе, и источником питания для нее может быть небольшой генератор постоянного тока (возбудитель), смонтированный на одном валу с синхронным генератором, или даже аккумуляторная батарея. Обмотки статора соединяются между собой звездой или тре­угольником, при этом во внешнюю цепь от обмотки статора отхо­дят три провода (три контакта). На рис. 11 даны схема и про­дольный разрез синхронного генератора трехфазного переменного тока с возбудителем. Ротор состоит из сердечников полюсов 1, катушки обмотки возбуждения 2, питаемой постоянным током через контактные кольца 5. Статор состоит из активной стали якоря 3, служащей магнитопроводом, и станины 6, служащей для крепления стали якоря и установки машины на фундамент. Активная сталь якоря набирается из листов специальной стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Листы изолируются с обеих сторон специальным лаком. Обмот­ка 4 укладывается в пазах, выштампованных в стали статора. На рис. 12, а показано размещение трехфазной обмотки ста­тора (на одной четвертой его части), а на схемах б и в — соеди­нение обмотки статора в треугольник и в звезду. При соединении в треугольник начало первой фазы I соединяется с концомII, начало II — с концомIII и, наконец, начало III — с концом I. При соединении обмоток статора звездой концы всех фаз соединяются в одну точку, называемую нулевой, а начала всех фаз остаются сво­бодными, и к ним присоединяется внешняя цепь, в которую по­дается вырабатываемая генератором электрическая энергия. Рис. 12 Соединение обмоток трехфазного генератора Синхронные трехфазные генераторы являются в настоящее время основными источниками электрической энергии как на бере­говых, так и на судовых электрических станциях любой мощности. В настоящее время на морских судах получили широкое рас­пространение синхронные генераторы, у которых обмотка возбуж­дения питается током статора, предварительно выпрямленным с помощью выпрямителей. Схема возбуждения этих машин обеспе­чивает такое 'изменение тока возбуждения, при котором напряже­ние на выводах генератора 'поддерживается практически постоян­ным. Такие генераторы называются синхронными генера­торами с самовозбуждением и саморегулировани­ем -напряжения. Конструкция синхронного двигателя принципиально не отли­чается от конструкции синхронного генератора. Для того чтобы синхронный генератор заставить работать в режиме двигателя, нужно отключить первичный двигатель и к обмоткам фаз ста­тора подвести трехфазный ток из цепи. В этом случае генератор станет синхронным электродвигателем, потребляющим ток. Про­ходя по обмоткам фаз, переменный трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с электро­магнитом ротора, увлекает его в сторону своего вращения. В ре­зультате ротор будет вращаться с такой же частотой, как и вра­щающееся магнитное поле, при этом он не остановится, даже если дать ему нагрузку, соединив с каким-нибудь механизмом. В этом и заключается сущность работы синхронного электродвигателя. Регулирование частоты вращения ротора синхронного двигате­ля производится изменением частоты тока цепи, а изменение направления вращения ротора — переключением двух любых фаз, т. е. взаимным пересоединением двух питающих проводов. К недо­статкам синхронных двигателей относится то, что при пуске их при­ходится разворачивать посторонним механизмом до частоты вра­щения, обеспечивающей вращающееся магнитное поле статора. Для устранения этого недостатка применяют асинхронный пуск синхронных электродвигателей, который заключается в том, что при пуске через специальные обмотки ротора перепускают пере­менный ток от цепи.
Электрооборудование судов

Общие сведения.

Применение на судах электрической энергии в корне изменило условия их эксплуатации, намного облегчив трудоемкие судовые работы, улучшило условия судовождения и управляемость судна, сделало возможным постоянную радиосвязь судна, находящегося в море, с отдаленными на большие расстояния объектами, а также определение местонахождения судна при отсутствии видимости. Появились новые эффективные средства сигнализации и намного улучшились условия обитаемости судна в целом.

Рис. 75. Принципиальная схема электроэнергетической системы. 1 – источники электроэнергии; 2 – главный распределительный щит; 3 – электрические сети; 4-групповые распределительные щиты; 5 – потребители электрической энергии.

Использование ядерной энергии для движения судов, развитие автоматизации судовождения и управления судовыми машинами и механизмами стало осуществимо только при электрификации судов.

Для получения электрической энергии, передачи ее и распределения по потребителям на судах предусмотрена электроэнергетическая система.

Основными элементами всякой судовой электроэнергетической системы являются (рис. 75):

1) источники электроэнергии, состоящие из генераторов постоянного или переменного тока и аккумуляторных батарей; кроме того, судовые электроэнергетические системы имеют различные преобразователи рода тока, его напряжения и частоты;

2) распределительные устройства, состоящие из щитов с аппаратами, распределяющими электроэнергию, и с приборами для управления работой электроустановок и контроля за ней;

3) электрические сети, состоящие из кабелей и проводов, передающих электрическую энергию от источников к потребителям;

4) потребители электрической энергии, представляющие собой различные электродвигатели, преобразующие электроэнергию в механическую работу, а также приборы и аппараты, преобразующие ее в другой вид энергии – тепловую, световую, электромагнитную и пр.

Во время эксплуатации должна быть обеспечена быстрая и надежная защита всех элементов судовых электроэнергетических систем от ненормальных режимов работы (от короткого замыкания или перегрузки). Защита сетей от таких режимов осуществляется автоматическими выключателями (автоматами) или предохранителями.

Основными параметрами судовой электроэнергетической системы считаются: род тока, его напряжение и частота.

Род судового тока выбирается в зависимости от требований потребителей. В судовых электроэнергетических системах применяются как постоянный, так и трехфазный переменный ток. Двигатели постоянного тока обладают следующими преимуществами, делающими их в ряде случаев незаменимыми в эксплуатации:

Двигатели постоянного тока обладают следующими преимуществами, делающими их в ряде случаев незаменимыми в эксплуатации:

а) возможность значительных перегрузок машин при больших пусковых моментах;

б) возможность плавного регулирования числа оборотов двигателей, осуществляемого при помощи реостатов, а также быстрое изменение направления вращения и возможность торможения;

в) относительная простота управления электроприводами.

Но электрические установки постоянного тока имеют и значительные недостатки: большие габариты и вес; сложность конструкций, влияющую на надежность работы машин; относительно низкий к. п. д.

Двигатели переменного тока с пусковой аппаратурой значительно проще по конструкции и надежнее в эксплуатации

Напряжение судового тока в электроэнергетических системах находится в прямой зависимости от мощности и расстояния, на которое передается электроэнергия от источника до потребителя.

На судах напряжение тока, в зависимости от его применения, регламентируется в пределах:

для постоянного тока 12-230 в;

для переменного тока 12, 24, 127, 230 и 400 в.

По требованию техники безопасности считается безопасным напряжение 12 в переменного тока и 24 в постоянного тока.

Наименьшая частота переменного тока в судовых электроэнергетических системах принимается равной 50 гц. В связи со стремлением уменьшать габариты и веса электрических двигателей переменного тока появилась тенденция к повышению номинальной частоты тока с 50 до 400 гц.

Установленное на судах электрооборудование работает в особых условиях, которые должны быть учтены при монтаже оборудования на судне. Эти условия вынуждают предъявлять к изготовлению судового электрооборудования особые требования, отличающиеся от требований к однотипным промышленным образцам.

Судовое электрооборудование должно быть выполнено из коррозионностойких и прочных материалов для повышения надежности его работы, иметь пониженные центры тяжести, а также отвечать другим специальным требованиям.