Выбор электродвигателей

Высокопроизводительная работа судового механизма в основном зависит от правильного выбора электродвигателя привода.

Выбор электродвигателя для судового электропривода зави­сит от ряда факторов. 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. Заниженная номинальная мощность двигателя вызовет его перегрузку и перегрев обмоток, что приведёт к резкому сокращению срока службы или выходу из строя двигателя.

Электромеханические характеристики двигателя и его свой­ства должны удовлетворять технологическим требованиям режи­ма работы исполнительного механизма.

Двигатель выбирают для заданного режима на основании нагрузочной диаграммы

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 применяются асинхронные двигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым и (реже) с фазным ротором.

В большинстве случаев мощность электродвигателя предваритель­но определяют по статическому моменту и частоте вращения рабочего механизма. Затем по каталогу выбирают двигатель с параметрами,­ близким к расчетным. При этом учитывают соответствии конструктив­ного исполнения двигателя месту установки и характеру среды, в ко­торой емупредстоит работать.

Выбираем двигатели по заданным данным:

1)Топливный и масляный насосы. АО 2-31 4М 2шт.

Р=2.2кВт

n=1430 об/мин

η = 82.5%

Cosφ = 0,83

2)Водотушение и пенотушение. 4А160М6ОМ2 2шт.

Р=12кВт

n=975 об/мин

η = 87.5%

Cosφ = 0,87

3)Насосы питьевой и забортной воды. 4А80В4ОМ2 2шт.

Р=1.5кВт

n=1415 об/мин

η = 77%

Cosφ = 0,83

4)Система вентиляции. 4А89В4Ом2 5шт.

Р=1.5кВт

n=1415 об/мин

η = 77%

Cosφ = 0,83

5)Лебедка буксировочная. МАП 622-6 2шт.

Р=17кВт

n=435 об/мин

η = 66%

Cosφ = 0,62

6)Кампус. 4А180М8Ом2

Р=16 кВт

n=750 об/мин

η = 87%

Cosφ = 0,82

7)Освещение и сигнализации. 12кВт

8)Рулевая машина. П51М 2шт.

Р=2.4кВт

n=750 об/мин

η = 74%

Cosφ = 0,77

9)Брашпиль. МАП 521-4

Р=12кВт

n=650 об/мин

η = 82%

Cosφ = 0,77

10)Приборы управления судном. 10кВт

Выбор генератора

По Правилам Речного Регистра РСФСР при определении ко­личества и мощности источников основной судовой электростан­ции учитывают следующие режимы работы судна: ходовой, стояночный, снятие с якоря, специальный: (для судов технического флота и других судов специального назначе­ния) и, аварийный (при пожаре или получении судном про­боины). От режима работы судна зависит значение потребляемой мощности, так как количество и мощность потребителей в разных режимах будут различными.

При выборе мощности генераторов необходимо стремиться к наиболее полной их загрузке во всех, режимах (в пределах 70-80% номинальной мощности), особенно в длительном ходо­вом режиме работы судна. При определении количества генера­торов судовой электростанции необходимо добиваться минималь­ного, числа типоразмеров генераторов, что позволяет лучше орга­низовать их взаимозаменяемость, сократить количество запасных

частей.

Судовая электростанция должна иметь не менее двух генераторов: один - основной, другой - резервный. Мощность резерв­ного генератора должна быть достаточной для обеспечения ходо­вого и аварийного режимов работы судна при выходе из строя одного из основных генераторов. Целесообразно мощность резервного­ генератора принимать равной мощности основного.

Существуют два метода расчета мощности судовой электро­станции:

аналитический и табличный. Аналитический метод применяется для определения ориентировочных данных судовой электростанции в начальной стадии проектирования по основным показателям судна: мощности силовой установки и водоизмеще­нию.

Аналитический метод получил широкое распространение при определении нагрузок судовых электростанций для различных режимов работы судна. Он отличается наглядностью, простотой расчетов и может считаться универсальным, так как применим к судам любого типа и назначения.

При заполнения таблицы нагрузок судовой электростанции переменного тока.

В графу 1 заносятся все потребители электроэнергии, уста­новленные на судне.

В графе 5 указывается соответственно количество од­нотипных потребителей.

В графах 2, 3, 4 их единичная мощность, к. п. д. и коэффициент мощности из паспортных данных на электродвигатели.

В графу 6 заносим потребляемую мощность определённую по формуле

P ∙ n

Р уст = ———

η

При заполнении граф 7-11, 12-16, 17-21, 22-26 соответствующих режиму ходовому, стоянки судна, маневрам и аварийному режимам, необ­ходимо определить потребители, которые работают в этих режи­мах, характер и длительность их загрузки.

В графах 7,12,17,22 заносятся коэффициент одновременности, в графах 8,13,18,23 коэффициент загрузки которые берем из справочника.

В графах 9,14,19,24 записывается коэффициент мощности потребителя в данных режимах.

Активная мощность потребителя высчитывается по формуле

Рд = Ко ∙ Кз ∙ Руст · n / η

и заносятся в графы 10,15,20,25.

Реактивная мощность потребителя высчитывается по формуле Qд=Рд · tgφ

и заносятся в графы 11,16,21,26.

После определения состава потребителей и потребляемых ими мощностей по каждому режиму подсчи­тывают суммарную потребную мощность по режимам.

Полученная суммарная мощность по режимам умножают на общий коэффициент одновременности, учитывающий несовпа­дение по времени максимумов расчетных нагрузок отдельных рабочих механизмов к полученному результату добавляют 5% общей мощности, потребной для покрытия потерь в сети.

При подведении итогов таблицы определяем полную мощность по каждому режиму и средневзвешенный коэффициент мощности по формулам:

Р

S = P² + Q² cosφср.взв = ——

S

Если cosφср.взв > 0,8 то генератор выбираем по активной мощности, а при

cosφср.взв < 0,8 по полной.

По данным, полученным в таблице нагрузок выбираем генераторы серии:

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 на всех режимах

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 на аварийном режиме и при маневрах

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 запасной

Расчёт и выбор кабелей

К кабелям и проводам, применяемым на судах, предъявляются повышенные требования по сравнению с кабельной продукцией обще­го назначения. Они должны обладать следующими качествами: высо­кой электрической и механической прочностью водостойкостью, на­дежностью в работе при вибрациях и сотрясениях, теплостойкостью(наибольшая допустимая температура для изоляции жилы устанавли­ваемого кабеля или провода должна быть не менее чем на 10º С выше предусматриваемой температуры окружающей среды), негорючестью, минимальной массой, а также не создавать радиопомех.

Все, эти требования обусловлены необходимостью обеспечить надеж­ное, бесперебойное снабжение судовых потребителей электроэнергией.

Кабели и провода для судов выпускают только с медными жилами. Применять на судах кабели с алюминиевыми жи­лами запрещено.

В цепях ответственных потребителей должны применяться кабели и провода с многопроволочными жилами, с площадью сечения каждой жилы не менее 1 мм².

Для цепей сигнализации электрических приводов, а также для цепей внутренней сигнализации и связи должны применяться кабели и провода с площадью сечения не менее 0,75 мм². Для переносного элек­трического, оборудования допускается использовать гибкие кабели и шнуры площадью сечения не менее 0,75 мм².

Резиновая изоляция кабелей и проводов должна быть пригодной для продолжительной работы при температуре не менее 65ºС. При выборе типа кабеля или провода для различных помещений судна необходимо учитывать свойства окружающей среды, условия про­кладки и эксплуатации. В грузовых трюмах, сырых и пожароопасных помещениях, а также в тех взрывоопасных помещениях, где проклад­ка кабеля допущена при условии выполнения особых требований, сле­дует применять кабель с резиновой изоляцией в оболочке из негорючей маслостойкой резины, или кабель, с пластмассовой изоляцией и метал­лической оболочкой. Для прокладки на открытых палубах нужно ис­пользовать кабель в резиновой негорючей маслостойкой оболочке, экранированный. Во всех помещениях, где температура может превы­сить 65ºС, необходимо применять кабель с, изоляцией из теплостойкой резины или лакоткани либо с пластмассовой изоляцией. Бронирован­ные кабели прокладывают в тех местах, где возможны механические повреждения обычных кабелей и нельзя установить металлический кожух для их защиты от повреждений.

При прохождении электрического тока покабелям и проводам в

них выделяется теплота и возникает падение напряжения.

Расчет кабелей и проводов судовых сетей, в конечном счете сводит­ся к определению площади сечения токопроводящей жилы. Она должна быть такой, чтобы при прохождении номинального тока потребите­лей по токопроводящим жилам не возникало, нагрева; опасного для сохранности их изоляции и в пожарном отношении, а падение напря­жения не превышало бы допустимого значения.

В практике расчетов площади сечения кабелей и проводов поль­зуются готовыми таблицами допустимых норм нагрузок. Для судовых кабелей и проводов такие таблицы даны в Правилах Речного Регистра РСФСР. Для каждой площади сече­ния токопроводящих жил определенной марки кабелей указана допустимая сила тока при продолжительном, кратковременном и повторно-­кратковременном режимах работы. Расчет сводится к выбору кабеля из таблиц по допустимой токовой нагрузке.

1. Определяют нагрузку кабеля или провода помощности потре­бителей, которых он питает с соблюдением следующих условий:

а) для открытой одиночной прокладки и в, один ряд нагрузка равна

расчетному току цепи;

б) для открытой прокладки в два ряда или в пучке нагрузку находят поформуле

I = К · Iр.ц,

где Iр.ц,- расчетный ток цепи, для которой выбирается кабель

К - коэффициент снижения нагрузки, принимаемый по таблице зависимости от продолжительности работы кабеля в течении суток

в) при прокладке кабеля в металлических трубах или желобах длиной 2 м и более токовую вычисленную нагрузку умножают на коэффициент­ 1,25;

г) при прокладке кабелей в трассе из двух или в пучке с последующим

вводом в желоб или трубу допустимую нагрузку определяют по наибольшему расчетному току, полученному для этих видов прокладки.

2. В зависимости от ожидаемой температуры окружающей среды нагруз­ку корректируют делением ее на поправочный коэффициент, кото­рый выбирают потаблице

3. Выбирают марку кабеля и определяют режим его работы.

4. По значению рассчитанной нагрузки в таблице для данной марки кабеля, и соответствующего режима работы, находят большее ближайшее значение допустимого тока к расчетному.

Iрасч=Рном · Кз · 10³ / (√3Uном · ηном · cosφ)

1)Топливные и масляные насосы Ip=68A

2)Водотушение и пенотушение Ip=42A

3)Насосы забортной и питьевой воды Ip=47A

4)Система вентиляции Ip=5A

5)Буксировочная лебедка Ip=87A

6)Кампус Ip=42A

7)Освещение и сигнализация Ip=35.8A

8)Рулевая машина Ip=8.9A

9)Брашпиль Ip=40A

10)Приборы управлением судном Ip=32/8A

5. По этому значению допустимого тока выбирают площадь сечения токопроводящей жилы кабеля или провода.

Площадь сечения кабеля для питания щитов освещения и силовых распределительных щитов определяют по суммарной возможной наибольшей нагрузке потребителей сучетом коэффициента одновремен­ности их работы: I = Ко · Iр.

где Ко - коэффициент одновремен­ности

Iр. - суммарной наибольший возможный ток потребителя

Расчетные значения потерь напряжения в кабелях и проводах су­довой сети сравнивают с максимально допустимыми потерями напряжения, которые установлены Речным Регистром РСФСР.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации сети они не должны

превышать:

на кабеле, соединяющем генератор с главным распределительным щитом или с аварийным распределительным шитом 1 %;

силовая сеть и нагревательные приборы - 7%

сеть освещения 110 в и выше – 5%

сеть освещения 35 в и ниже – 10%

телефонная сеть – 5%

Потери напряжения в сети переменного трёхфазного тока рассчитывается по формуле:

100 · √3 ∙ I ∙ l · cosφ

∆U = —————————

γ ∙ U ∙ S

где γ – удельная проводимость меди при температуре нагрева проводов до 65ºС принимаем равной 57 м/ом·мм²:

Uб

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с электродвигателем брашпиля:Uб=6,7<7%

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с генератором:Uг=0,094<1%

Потеря напряжения в кабелях не превышает допустимых

потерь напряжения, которые установлены Речным Регистром РСФСР.

Значит, кабель можно применять к установке.

РАСЧЁТ И ВЫБОР ШИН ГРЩ

Расчёт шин электрораспределительных устройств заключается в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин и проверке выбранных шина динамическую и термическую устойчивость по токам к.з.

Для судовых распреде­лительных устройств применяются шины, выполненные из электротех­нической меди. Сечение шин выбирается из условия

Iрасч.ш ≤ Iдоп.ш

Iрасч.ш - расчетный ток шин;

Iдоп.ш - допустимый ток шин.

Расчетный ток шин ГРЩ определяется по расчетному току генера­торов, работающих на эти шины, а для вторичных щитов - по расчет­ному току потребителей.

Расчётный ток для предварительного выбора сечения шин щита определяют, предполагая, что по ним передается мощность всех потребителей, питающихся от щита, с учетом коэффициента одновременности их работы, или половина мощности генераторов электростанции.

Сечение шин выбирают по таблицам, которые содержат значения допустимых токов нагрузки шин различного сечения при температуре окружающей среды 40ºС. Таблицы составлены в предположении нахождения шин в свободном пространстве судовых помещений. Однако в действительности шины щитов всегда заключены в оболочку, которая определяет исполнение щита (защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное). При этом окружающая температура шин всегда выше наружной.

Если температура окружающей среды выше 40 С, то допустимый ток шин (в А) определяется по формуле

90-Ө

Iш = Iдоп.ш

90-40

Для шин, установленных плашмя, указанные в таблице токи

нагруз­ки должны быть снижены на 5% при высоте их до 60 мм

и на 8% при высоте более 60 мм.

Iш – допустимый ток нагрузки шин при температуре Ө окружающей среды

Iдоп.щ - допустимый ток нагрузки шин при температуре Ө окружающей среды, равной 40ºС.

Снижение допустимого тока нагрузки приводит к увеличению сечения шин щита иногда в 1,5 - 2 раза. Окружающая температура шин ГРЩ принимается равной температуре воздуха судового помещения.

Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых напряжений.

Сила взаимодействия между шинами при протекании по ним тока короткого замыкания imax может быть выражена следующей формулой (Н):

ККф∙i²max∙l∙10

F = ———————

а

где К = 1,76 - для случая трехфазного к.з. в электросистемах переменного тока;

КФ - коэффициент, учитывающий форму сечения шин (по диаграмме кривых)

1 - расстояние между опорами;

а - расстояние между осями.

Если принять силу F равномерно распределенной по длине, то сила, приложенная к единице длины, будет равна (Н/см)

ККф∙i²max∙10

f = ———————

а

Каждую шину можно представить как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по формулам (H/м):

при одном и двух пролетах:

f1²10

М = ———

при числе пролетов больше двух:

М = fl²,

где 1 - длина пролета, см.

Максимальное расчетное напряжение в шине находят по формуле (Н/см²):

М

σ = ——

W

где W - момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см³. Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см²

При выборе шин лучше выбирать отношение высоты и ширины в пропорции 1 к 5 или 1 к 6.

Расчётный ток генератора:

По таблице выбираем сечение шины:

Iдоп.ш = 185А; h = 10 мм; b = 4 мм

Допустимый ток нагрузки шин при температуре 55ºС:

90-55

Iш = 185∙ ——— = 155А 155 < 185 значит шину применяем.

90-40

После этого проверяем шины на электродинамическую и термическую устойчивость.

Поиск по сайту: