Судовой автоматизированный электропривод

Судовой автоматизированный электропривод

Методические указания

 по выполнению курсового проекта для студентов

направления 6.050702«Электромеханика»

специальности 7.092201

«Электрические системы и комплексы транспортных средств»

дневной и заочной форм обучения

 

 

Керчь, 2009 г.

Авторы: Титов В.В., к.т.н., доцент кафедры ЭСиАП КГМТУ,

Савенко А.Е., старший преподаватель кафедрыЭСиАП КГМТУ,

Неклюдов Ю.В., к.т.н., доцент.

Рецензенты: Колодяжный В.В., к.т.н., доцент кафедры ЭСиАП КГМТУ,

Кольченко В.М., электромеханик промысловых судов.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ЭСиАП КГМТУ, протокол № 2 от 10.09. 2009 г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к утверждению на заседании методической комиссии МФ КГМТУ, протокол № 1 от 10.2009 г.

Методические указания утверждены на заседании Методического совета КГМТУ,

протокол № 1от 15.2009 г.

 

© Керченский государственный морской технологический университет

ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Изучение курса "Судовые автоматизированные электроприводы" на дневном отделении предусматривает прослушивание лекций, выполнение цикла лабораторных работ, выполнение курсового проекта. На заочном отделении изучение курса предусматривает прослушивание лекций, выполнение цикла лабораторных работ в период экзаменационных сессий, а также выполнение контрольных работ и курсового проекта.

При написании методических указаний использовались:

1) Кочерин В.Н. Методические указания для выполнения курсового и дипломного проектирования по курсу "Судовой электропривод. – Мурманск, 1989.

2) Неклюдов Ю.В., Кочерин В.Н. Методические указания к курсовой работе по теории электропривода. – Мурманск, 1992.

Задачей курсового проекта является закрепление теоретических знаний путем привития навыков расчетов характеристик рабочих механизмов и электропривода, разработки схемы автоматизации, выбора элементов, составление инструкции по эксплуатации. Объем и содержание курсового проекта могут быть изменены в зависимости от индивидуальных способностей студента за счет добавления разделов учебно-исследовательского характера.

Объем и характер задач, решаемых в курсовом проекте, оговаривается при выдаче задания.

Выдача заданий на курсовое проектирование дневного обучения производится в первой неделе семестра, а студентами заочного отделения – в период установочных лекций.

Работа над курсовым проектом должна вестись поэтапно в соответствии с календарным графиком. В указанные сроки студенты дневной формы обучения должны представить руководителю выполненные разделы курсового проекта на проверку. Для иногородних студентов-заочников разрешается высылать на кафедру для проверки завершенные курсовые проекты в период между экзаменационными сессиями.

К защите курсового проекта допускаются студенты, выполнившие все разделы задания в соответствии с требованиями настоящих методических указаний. Завершенный курсовой проект представляется руководителю не позже, чем за две недели до начала экзаменационной сессии.

Защита курсового проекта производится перед комиссией. В процессе защиты студент обязан продемонстрировать полное понимание существа задач, решаемых в проекте; дать четкие ответы на вопросы, касающиеся теоретических и практических сторон проекта.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для выполнения курсового проекта каждому студенту выдается индивидуальное задание. Исходными данными на разработку являются:

- Наименование электропривода;

- Технические данные объекта автоматизации;

- Необходимые данные для проводимых расчетов.

Исходные данные, необходимые для выполнения проекта приводятся в табл. 2.1-2.6.

Вариант задания выбирается по двум последним цифрам шифра зачетной книжки. По предпоследней цифре зачетной книжки выбирается наименование проектируемого электропривода по табл. 2.1, а по последней цифре шифра – вариант технических данных, необходимых для проектирования (табл. 2.2-2.6).

Таблица 2.1

Предпоследняя цифра шифра	Наименование проектируемого электропривода	Номер таблицы с техническими данными на проект
0 5	Рулевой электропривод с гидравлической передачей	0.2
1 6	Рулевой электропривод с механической передачей	0.3
2 7	Электропривод якорно-швартовного устройства (ЯШУ)	0.4
3 8	Электропривод грузоподъемного механизма	0.5
4 9	Электропривод траловой лебедки	0.6

 

 

Таблица 2.2 - Технические данные судна для расчета рулевого электропривода с гидравлической передачей

Номер варианта (последняя цифра шифра)	Длина по грузовой ватерлинии, м	Длина между перпендикулярами, м	Ширина макси- мальная, м	Осадка в грузу, носом, м	Осадка в грузу, кормой, м	Весовое водоизмещение, т	Максимальная скорость на переднем ходу, уз	Тип руля
0	58,9	52	13	4,6	5,2	1490	13,5	Балансирный
1	84,7	75	14	5,1	6,3	3870	12	Балансирный
2	62,3	55	13,9	4,4	6,3	2508	13	Полубалансирный
3	72,4	65	13,8	4,8	6,3	2860	12,5	Полубалансирный
4	127,68	115	19,01	6,92	7,2	4501	13,7	Балансирный
5	111,3	99,9	17,3	6,52	7,29	3145	15	Полубалансирный
6	217,5	200	27,8	10,6	10,8	25720	16	Полубалансирный
7	155,14	142	20	7,2	9,1	8806	13	Полубалансирный
8	99,35	90	14	5,53	5,59	2320	13,6	Балансирный
9	53,71	46,21	10,52	3,6	4,2	1263	12,2	Балансирный

 

 

 

Таблица 2.3 - Технические данные судна для расчета рулевого электропривода с механической передачей

Номер варианта (последняя цифра шифра)	Водо-измещение, т	Длина, м	Ширина, м	Осадка, м	Тип руля	Число полных перекладок	Передаточное число	Система управления	Примеч.
0	3362	73	13,6	5,2	полубалансирный	200	1700	тиристорная	Максимальный угол перекладки принимается 35О, а угол перекладки при удержании судна на курсе 5О. Время перекладки руля с борта на борт 28 с.
1	3275	71	13,2	5,2		240	1900	тиристорная
2	3000	70	12,0	5,0		275	2000	тиристорная
3	5200	90	15,6	5,6	балансирный	300	1800	генератор-двигатель
4	7500	105	16,8	5,8		280	1900	генератор-двигатель
5	5000	88	15,4	5,4	полубалансирный	290	2100	генератор-двигатель
6	6200	95	16,0	5,7		200	2200	генератор-двигатель
7	2500	68	12,6	5,0		350	2100	релейно-контактор
8	2000	64	11,2	4,8		310	2200	релейно-контактор
9	2250	66	12,0	4,9		320	2250	релейно-контактор

Максимальная скорость на переднем ходу берётся из таблицы 2.2.

 

 

 

Таблица 2.4 - Технические данные судна для расчета якорно-швартовного устройства

Номер варианта (последняя цифра шифра)	Длина по грузовой ватерлинии, м	Длина между перпендикулярами, м	Ширина максимальная, м	Осадка в грузу, носом, м	Осадка в грузу, кормой, м	Весовое водоизмещение, т	Высота от ватерлинии до верхней палубы, м	Тип механической передачи	Передаточное число	Система управления	Пита-ющая сеть
0	58,9	52	13,0	4,6	5,2	1940	8,9	самотормозящая	160	Релейно-контакторная	Переменного тока
1	127,7	115	19,1	6,9	7,2	9839	11,0		148
2	217,5	200	27,8	10,6	10,8	44900	19,0		160
3	26,3	22,4	6,5	2,0	2,3	183	3,1		154
4	39,8	35,3	8,9	3,2	3,2	484	6,2		150
5	100,0	89	15	5,1	5,4	4000	9,5		150
6	111,3	99,9	17,3	6,52	7,29	3145	11,0		155
7	17,56	14,0	4,27	1,68	1,75	100	2,85		140
8	155,14	142	20	5,2	7,2	8806	11,6		145
9	99,35	90	14,0	4,85	5,53	2320	7,2		155

 

 

 

 

Таблица 2.5 - Технические данные судна для расчета электропривода грузоподъемного механизма

Номер варианта (пос-ледняя цифра шифра)	Высота борта от грузовой В.Л. до главной палубы, м	Ширина максимальная, м	Высота спуска груза, м НСП	Параметры лебедки				Диаметр грузового барабана	Группа скорости лебедки	Средняя осадка судна, м	Пита-ющая сеть	Система управления
				Грузоподъемность, т	Номинальное усилие, кН	Скорость выбирания шкентеля, м/с	Скорость травления шкентеля, м/с
0	6,6	13,0	8,0	1,6	18,0	0,4	0,27	0,28	1	4,8	Переменного тока	Тиристорн.
1	9,3	19,1	10,5	3,2	36,0	1,2	0,27	0,40	3	7,0		Г-Д
2	3,0	6,5	5,0	0,5	5,6	0,28	0,27	0,11	1	2,6		Релейно-контакт.
3	10,0	12,5	12,5	6,0	60,0	0,63	0,12	0,90	4	4,8		Тиристорн.
4	13,26	27,8	15,0	5,0	36,0	1,1	0,27	0,50	3	10,7		Комбинир.
5	5,01	9,75	7,0	5,3	40,0	0,7	0,27	0,2	3	3,8		Релейно-контакт.
6	5,8	11,54	7,5	2,0	15,0	0,5	0,27	0,3	3	3,8		Комбинир.
7	8,37	20,5	10,0	5,3	45,0	0,8	0,27	0,6	3	7,0		Релейно-контакт.
8	7,4	14,0	10,5	4,0	32,0	0,6	0,27	0,45	4	5,55		Тиристорн.
9	9,7	20,0	10,0	3,0	25,0	0,7	0,27	0,35	3	8,0		Г-Д

 

 

Таблица 2.6 - Технические данные для расчета электропривода траловой лебедки

Номер варианта (последняя цифра шифра)	Тип лебедки	Максимальная скорость по переднему ходу, уз.	Глубина траления	Условия питания	Параметры главного двигателя		Система управления	Приводной двигатель	Длина между перпендикулярами	Тяга судна, кНТ
					частота вращения, об/мин.	мощность, кВт
0	ваерная	16,0	500	дизель	115	7500	Г-Д	ДПТ	120,0	150
1		10,1	50	~380V	275	400	Тиристорная		25	30
2	траловая	13,0	50	валогене-ратор	750	300	Комбинирован.		46,2	20
3		13,3	300	~380V	750	1000	Комбинирован.		64	50
4		10,4	100	~380V	275	400	Комбинирован.		39	30
5	ваерная	12,0	350	~380V	300	800	Г-Д		50,4	40
6	траловая	12,0	100	~380V	375	1х1000	Г-Д		49,5	50
7		13,8	150	~380V	375	2х1160	Комбинирован.		73	110
8		9,5	75	~380V	360	300	Комбинирован.		35	20
9		11,5	100	~380V	300	800	Г-Д		50	40

 

 

 

Продолжение табл. 2.6

Номер варианта (последняя цифра шифра)	Ширина судна, м	Осадка судна в грузу, носом, м	Осадка судна в грузу, кормой, м	Весовое водоизмещение, т	Движитель
					диаметр, м	шаг, м	дисковое соотношение	число лопастей	частота вращения, об/мин
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
0	27,8	10,6	10,8	24900	5,7	4,67	0,4	4	115
1	8	2,8	3,5	468	1,7	1,57	0,45	4	275
2	10,4	3,4	5,8	1138	2,15	1,935	0,57	3	250
3	14	3,88	6,12	2320	3,1	1,6	0,45	3	167
4	7,6	2,9	3,1	545	1,86	1,425	0,58	4	375
5	9,4	3,37	4,54	912	2,15	1,512	0,5	4	300
6	9,8	3,12	4,8	1136	1,9	1,133	0,68	4	375
7	13,6	4,42	5,91	3362	3,4	2,04	0,52	3	175
8	7,3	2,76	3,49	464	1,5	1,15	0,44	3	360
9	9	3,1	4,4	1081	2,15	1,512	0,5	4	300

 

РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА

Расчетная часть курсового проекта по электроприводам рулевого устройства должна состоять из следующих разделов:

3.1 Определение геометрических характеристик руля, гидродинамических сил и моментов, действующих на руль.

3.1.1 Характеристики судна, рулевого комплекса и вспомогательной электростанции.

3.1.2 Определение геометрических характеристик руля.

3.1.3 Гидродинамический расчет руля.

3.1.4 Определение диаметра баллера руля.

3.2 Расчет электрогидравлического рулевого привода.

3.2.1 Исходные данные.

3.2.2 Выбор стандартной рулевой гидравлической машины.

3.2.3 Определение основных параметров рулевой машины.

3.2.4 Определение параметров гидравлического насоса.

3.2.5 Предварительный выбор электродвигателя.

3.2.6 Проверка электродвигателя на продолжительность перекладки руля.

3.2.7 Проверка электродвигателя на нагрев.

3.3 Разработка электрических схем электропривода и их описание.

3.4 Выбор основного электрооборудования.

3.5 Инструкция по технической эксплуатации установленного электрооборудования.

Рулевого привода

При расчете данного типа электропривода следует воспользоваться пунктами 3.1, 3.3, 3.4, 3.5 излагаемых в п.3 "Проектирование электропривода рулевого устройства". Вместо раздела 3.2 следует произвести следующие расчеты (более подробно излагается в литературе [4]).

4.2 Расчет электромеханического рулевого привода.

4.2.1 Исходные данные.

4.2.2 Расчет первого приближения.

4.2.3 Расчет второго приближения.

4.2.4 Проверка электродвигателя на продолжительность перекладки.

4.2.5 Проверка электродвигателя на нагрев.

4.2.6 Проверка на допустимое число вычислений.

Примечание. Технические данные судна для расчета рулевого электропривода с механической передачей взять из табл. 2.3.

4.2 Расчет электромеханического рулевого привода.

4.2.1 Исходными данными для расчета являются:

4.2.1.1 Опорный момент — максимально возможный момент на баллере M _бmaкс; максимальный угол перекладки a _макс и соответствующий ему момент M _{б a макс}; время перекладки с борта на борт на переднем ходу T; передаточное число привода i; общий КПД h; момент инерции привода, приведенный к валу двигателя J_пр; заданное число включений при удержании судна на курсе Z при среднем угле перекладки a _ср. Для определения момента сопротивления на валу двигателя используется выражение: M _с = M _б /(i^. h).

Общее передаточное число привода равно произведению передаточных чисел его отдельных звеньев i=i1*i2*i3.

Общий КПД привода, состоящего из последовательно соединенных звеньев, равен произведению КПД отдельных звеньев.

В приближенных расчетах КПД на основании опытных данных принимают равным 0,9 ¸ 0,8 и учитывают только трение скольжения зубьев. Для отрицательного момента КПД всех звеньев передачи вычисляются по формуле:

,                                                                               (4.1)

справедливой при условии что h £ 0,5.

КПД червячной передачи принимаем h _ч =0,35 ¸ 0,4.

4.2.1.2 Номинальный расчетный момент двигателя определяется в зависимости от максимально возможного момента на баллере M _бmax и перегрузочной способности двигателя l:

,                                                          (4.2)

где l =1,6 ¸ 2,0 для ДПТ;

l =1,2 ¸ 1,4 для двигателей переменного тока.

4.2.1.3 Номинальная расчетная частота вращения электродвигателя определяется заданным временем перекладки:

,                                           (4.3)

где y - функционал, учитывающий переменный характер момента сопротивления и изменения частоты вращения двигателя. Числовое значение y =1,2 ¸ 2,5 в зависимости от типов руля и двигателя. Для двигателя с абсолютно жесткой характеристикой с Sн=0, y =2.

Для упрощения расчетов можно принять, что момент сопротивления при перекладке обыкновенного руля от борта к ДП или балансирного руля от борта до угла a =2* a ₁ остается постоянным и далее прямолинейно возрастает, а МХ двигателя носит прямолинейный характер, то y будет определяться по формуле:

,                            (4.4)

 

где ,

S_н - номинальное скольжение двигателя;

м₀ - относительное значение момента при прохождение пера руля через ДП, определяемое потерями холостого хода и принимающее значение в пределах от 0,1 при h =0,45 до 0,3 при h =0,25;

,

где м_сaмакс –относительное значение момента сопротивления при максимальном угле перекладки;

a ₁ -угол перекладки, соответствующий для балансирного руля минимальному значению момента.

4.2.1.4 Номинальная расчетная мощность ИД определяется по выражению:

,                                    (4.5)

где M _нр - номинальный расчетный момент ИД, [Н^.м];

n_нр - номинальная частота вращения,[c^-1].

4.2.1.5 По каталогу выбираем двигатель в соответствии с полученной расчетной мощностью Р_нр; заданной формой исполнения (IP44, IP55, ip56); номинальным режимом (обычно принимают кратковременный режим продолжительностью 30-60 мин); изоляцией обмотки (водостойкая и влагостойкая); температурой окружающей среды 40^°С, при этом необходимо выполнение условий:

n_нкат ³ n_{нр , ,}

М_нкат ³ М_{нр .}

4.2.1.6 Мощность генератора в системе Г-Д выбирают, исходя из необходимости обеспечить заданную частоту вращения холостого хода электродвигателя n₀ и номинальный момент М_нр.

.                            (4.6)

Мощность приводного двигателя к генератору Р_нд определяют с учетом КПД генератора h _г и КПД двигателя рулевого устройства h _а, тогда:

.                                           (4.7)

Частоту вращения приводного двигателя n_пд принимают равной частоте вращения генератора n_г.

4.3 Расчет второго приближения.

4.3.1 По данным кривой момента на баллере M _d (a) строят зависимость m_c(a)=M_б(a)/i^. h ^. M_H. На том же рисунке строят естественную характеристику m_e(n) выбранного электродвигателя. Кроме того, в случае необходимости наносят искусственные характеристики разгона m_uk(n) и торможения m_T(n).

4.3.2 Для нахождения первой расчетной точки определяют момент m_c[ a (0)].

4.3.3 По первой искусственной характеристике двигателя m_u1(n) определяют движущий момент m[n(0)] при n(0)=0.

4.3.4 Задаются шагом интегрирования D t₁ и определяют значение частоты вращения двигателя и значение угла перекладки руля в конце первого шага.

          (4.8)

.                           (4.9)

Для найденного значения n₁ по m(n) определяют m₁=m[n(0+ D t)]; по статической характеристике m_c(a) для a (0+ D t) определяют соответствующее m_c1=m_c[ a (0+ D t₁)].

4.3.5 Аналогично производят расчет для каждого последующего шага интегрирования D t_j.

Условием перехода с К-й искусственной характеристике m_uk(a) на (К+1)-ю и с последней, N-й искусственной характеристики на естественную (m_c=m_N+1) является достижение такой частоты вращения n_k, которой на характеристике m_uk+1 соответствует максимально допустимый момент m_макс. Условием перехода с естественной характеристики (m_N+1) на характеристику динамического торможения (m_T=m_N+2) является углом перекладки a заданного значения q, близкого к конечному значению a _кон. Условием окончания расчета по характеристике динамического торможения является n=0 (полная остановка привода), когда a» a _кон.

Вычисления следует вести в табличной форме, по которой необходимо построить графики a (t), n(t), m(t).

4.4 Проверка выбранного двигателя заданным параметрам.

4.4.1 На основании данных расчета рассчитывают фактическое время перекладки по формуле:

,                                  (4.10)

где t ₀ – время паузы.

Если T £ T₃ двигатель удовлетворяет заданному времени. Если T значительно меньше или больше заданного, необходимо выбрать другой двигатель.

4.4.2 Временем разгона приближенно можно считать суммарное время работы по всем искусственным характеристикам, т.е.

.                                                               (4.11)

Время установившегося движения t _уст равно продолжительности работы на естественной характеристике, время торможения t_т равно продолжительности работы на характеристике динамического торможения.

4.4.3 Проверка двигателя по условиям нагрева.

Проверка двигателя по условиям нагрева ведется для режима маневрирования судна и режима удержания его на заданном курсе. При этом проверка для ДПТ ведется методом эквивалентного момента, а двигателя переменного тока – методом эквивалентного тока.

Проверяя двигатель в режиме маневрирования судна, рассчитывают m², D t или i², D t для каждого шага. Эквивалентные значения момента или тока определяют по выражениям:

,                                                 (4.12)

.                                              (4.13)

4.4. Проверка на допустимое число включений.

Если m_экв или i_экв меньше допустимых, то .

5 Проектирование электропривода

Для каната