Электрооборудование судов и элементы судовой автоматики

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ И ЭЛЕМЕНТЫ СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ

Методическое пособие для слушателей курсов

«Вахтенный матрос», «Вахтенный моторист»

очная форма обучения

 

Ростов-на-Дону

2015 г.

 

«Утверждаю» Заместитель начальника Морского колледжа по учебно-воспитательной работе Гамарник А.А.	Рассмотрен цикловой комиссией судомеханических дисциплин протокол №8 от 31.03.2015   Председатель ЦК А.М. Султанов

 

 

Автор: преподаватель Морского колледжа В.С. Ефимов

 

Согласовано: начальник судомеханического отделения Морского колледжа

кандидат технических наук Ющенко А.В.

 

 

Методическое пособие составлено в соответствии с требованиями ФГОС – 3+ для подготовки специалистов по специальности «Вахтенный матрос», «Вахтенный моторист»

 

Основы электротехники.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ И ЭЛЕМЕНТЫ СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ

(для вахтенных матросов и мотористов)

 

Изучив данный курс, слушатели должны знать:

Технику безопасности электромонтажных работ и основные приёмы оказания доврачебной помощи пострадавшему при поражении электрическим током.

Основные электрические понятия и величины;

Электрические материалы и их проводимость;

Условные обозначения электрических схем;

Маркировку электрических цепей, проводов и кабелей;

Расчёт сечения проводов;

Способы получения контактных соединений;

Правила устройства заземления и защиты электроустановок;

Подключение двигателей и генераторов;

Способы защиты электрических схем от перегрузок;

Виды электропроводок и способы их укладки;

Расположение и назначение электрооборудования на судне.

Изучив данный курс, слушатели должны уметь:

Читать монтажные и принципиальные электрические схемы;

Производить расчёт сечения проводов;

Пользоваться измерительными приборами;

Собирать простейшие электрические схемы;

Производить сборку контактных соединений

Оглавление

Основы электротехники и ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ И ЭЛЕМЕНТЫ СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ.. 3

ТЕХНИКА ВЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ.. 4

Основные электрические величины и понятия. 12

Электрические материалы. Сопротивление, проводимость. 13

Условные обозначения в схемах. 14

Электрические машины постоянного тока. 18

Асинхронные трехфазные электрические машины переменного тока. 19

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ.. 19

ЗАКОН ОМА. СОЕДИНЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ. 21

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА.. 22

ЗАКОН ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА.. 22

Контрольные вопросы.. 22

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ... 23

МАГНИТЫ И МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ... 23

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ... 24

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, САМОИНДУКЦИЯ И ВЗАИМОИНДУКЦИЯ. 25

ПОНЯТИЕ О ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ. 25

Контрольные вопросы: 27

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ.. 28

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 28

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 30

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 30

ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 31

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ 31

ТРАНСФОРМАТОРЫ.. 33

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ.. 34

Контрольные вопросы: 35

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ. 36

Общая характеристика электрооборудования судна. 36

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ.. 37

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СТАНЦИИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОММУТАЦИОННЫХ, ЗАЩИТНЫХ, ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ, ПУСКО-РЕГУЛ ИРОВОЧНЫХ И СИГНАЛЬНЫХ ПРИБОРАХ. 38

Электрическая цепь. Параллельное и последовательное включение. 39

Допустимый ток. 40

Силовые цепи. Цепи управления. 40

Реле. Контакторы. 41

Генератор. Двигатель. 42

Способы получения контактных соединений. 42

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И ОСВЕЩЕНИЕ. 43

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ. 45

ПРАВИЛА УХОДА ЗА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕМ МОРСКИХ СУДОВ. 47

Контрольные вопросы: 47

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ. СИСТЕМЫ ЗАШИТЫ И АВАРИЙНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ.. 48

СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ И ЗАЩИТЫ. 57

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ.. 59

 

ТЕХНИКА ВЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, питающий разнообразные установки, используемые для блага людей, может нанести серьезный ущерб здоровью человека, а в некоторых случаях даже вызвать смерть, если не соблюдать необходимые меры предосторожности.

Тело человека представляет собой проводник электрического тока. Поэтому в случае прикосновении к токоведущим частям установок человек становится звеном электрической цепи. Электрический ток, замыкаясь через тело человека, может поразить как наружный покров, так и внутренние органы чело­века. Поражения наружного покрова (ожог кожи, разрыв тканей) называют электрическими травмами. Особую опасность представляют электрические удары — поражения внутренних органов человека. При электрических ударах наносятся тяжелые поражения нервной, сердечной и дыхательной системам организма.

Величина поражающего тока.

Какой ток более опасен — переменный или постоянный? Установлено, что и тот и другой при величине в 0,05 Аявляется опасным, а при величине 0,1 А - смертельным.

Величина электрического тока, замыкающегося через тело человека, зависит от величины напряжения, под действием которого оказался человек, и от электрического сопротивления его тела. Понятно; что опасность возрастает с увеличением напряжения. Какое напряжение следует считать опасным для жизни чело: века? Ведь бывают случаи, когда прикосновение к токоведущим частям установок заканчивается только неприятным ощущением. Благополучно окончившееся прикосновение вселяет уверенность, что опасность преувеличивается. Разберемся в этом подробнее.

Чтобы оценить величину поражающего напряжения, надо знать, чему равно электрическое сопротивление тела человека. Но сопротивление организма - это чрезвычайно изменчивая величина. Оно зависит и от свойств кожи человека, и от его душевного состояния — взволнован ли он или спокоен — и от ряда других причин. Сопротивление тела человека, как показывают измерения, может изменяться в широких пределах от 300 до 500 Ом.

Если принять, что ток в 0,05 А представляет опасность для жизни человека, то нетрудно подсчитать, что напряжение даже в несколько десятков вольт (40-60 В) может при неблагоприятном стечении обстоятельств создать условия, когда возможен электрический удар. Поэтому необходимо всегда помнить о возможности поражения электрическим током и знать, как уберечься от этой опасности.

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА

Работа А, совершаемая током, определяется произведением напряжения U на концах участка цепи на количество электричества Q, проходящего через этот участок, т. е.

А = UQ = UIt,

где А — работа, Дж;

Q — количество электричества, Кл; t — время прохождения тока, с. За единицу работы принят джоуль, равный произведению напряжения в вольтах на ток в амперах и на время в секундах (1 Дж=1Вх1Ах1с).

Как известно, мощность Р — это работа, совершенная в одну секунду, поэтому

т. е. для определения электрической мощности на участке цепи необходимо напряжение на зажимах цепи в вольтах умножить на ток в амперах на этом же участке цепи.

За единицу мощности принят ватт (сокращенно Вт) - мощность, которую развивает ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт (1Вт=1В х 1А). В технической документации мощность обычно выражают в киловаттах (кВт); 1 кВт = 1000 Вт.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА

В проводниках, по которым проходит электрический ток, выделяется тепло. Русский ученый Ленц и английский ученый Джоуль независимо друг от друга установили, что количество теплоты, выделяемой в проводнике при прохождении по нему электрического тока, выражается формулой

Q=A = UIt=PRt Дж.

Соотношение, выраженное этой формулой, называется законом Джоуля—Ленца: количество тепла, выделяемого в проводнике током, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Тепловое действие тока широко применяется в технике. Так, на тепловом действии тока основано устройство многих электрических приборов и устройств, таких, как электронагревательные приборы н печи, лампы накаливания и дуговые лампы, электрические паяльники, плавкие предохранители, измерительные приборы. Тепловое действие тока учитывают и при расчете электрических цепей.

Контрольные вопросы

1. Что такое электротехника?

2. Для каких целей электрическая энергия применяется на судах^?

3. В чем суть электронной теории строения вещества?

4. Что Вы понимаете под электрическим током?

5. Что такое потенциал, напряжение и э. д. с?

t5. Что понимается под силой тока?

7. Что называется электрической цепью и электрическим сопротивлением? В чем смысл закона Ома?

9. Какие способы соединения в электрическую цепь Вы знаете?

10. Что понимают под работой и мощностью тока и в каких единицах она измеряются?

11. В чем смысл закона Джоуля — Ленца?

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

ПОНЯТИЕ О ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Переменным называется ток, сила и направление которого изменяются периодически во времени. В технике применяется переменный ток, изменяющийся по синусоиде. Получение переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции.

На рис. 161 схематично изображено получение синусоидального переменного тока. Слева на схеме а показаны: полюсы маг­нита (северный N и южный S), кружочками различные положения проводника в магнитном поле; при этом знаком плюс (+) обозначают, что в данном положении ток идет от нас за плоскость чертежа, а точкой (.), что ток идет от плоскости чертежа на нас.

На схеме рис. 161, б представлено изменение силы и направления тока по внешней цепи замкнутого проводника за один его полный поворот между полюсами магнитов. По горизонтальной оси графика отложено время, а по вертикальной оси — значения тока. Как следует из кривой графика, представляющего собой синусоиду, за один полный поворот в зависимости от угла, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии, значение тока изменяется от нуля до максимального, а по знаку - от плюса до минуса.

Машина, служащая для получения переменного тока, называется генератором переменного тока, принцип действия которого можно уяснить из следующего.

Если выполнить проводник в виде витка, поместить его между полюсами (рис. 161, в) и вращать в направлении движения часовой стрелки, то в нем будет индуктироваться э. д. е., направлен­ная при вращении его под северным полюсом от нас и при вращении его под южным полюсом — на нас. Так как стороны витка попеременно перемещаются то под северным полюсом, то под южным и пересекают при этом магнитные силовые линии под различными углами, то э. д. е., индуктируемая в витке, будет из­меняться по значению и направлению. Присоединив концы витка к двум контактным кольцам, изолированным между собой и от вала, и наложив па кольца неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью, будем получать переменную э. д. с, и во внешней цепи потечет переменный ток.

Переменный ток характеризуется следующими величинами: периодом, частотой, амплитудой.

Под периодом понимают промежуток времени, в течение которого происходит полный цикл изменений тока по значению и направлению. Каждый последующий период тока является пов­торением предыдущего. Период обозначается буквой Т (см. рис. 161, б) и иногда выражается не во времени, а в градусах.

Частотой называется число циклов изменений тока во времени (периодов в 1 с). Частота — величина, обратная периоду, обозначается 'буквой f, т. е. f=1/Т. За единицу измерения частоты принят герц (Гц). В СССР принята частота переменного тока 50 Гц.

Амплитудой называется наибольшее из мгновенных значе­ний тока, которого он достигает в течение периода. Как следует из рис. 161, б, за один период переменный ток достигает ампли­тудного значения дважды.

Законы постоянного тока применимы к цепям переменного то­ка только в тех случаях, когда эти цепи состоят из активных сопротивлений в связи с применением ламп накаливания, реостатов. Однако во многих случаях цепь.переменного тока, кро­ме активного сопротивления, содержит катушки самоиндукции, обмотки электродвигателей, конденсаторы и другие приборы, которые вносят в цепь так называемое 'реактивное сопротивление, влияющее на ток в цепи 'переменного тока, вследствие чего закон Ома в таком виде, в каком он применяется для цепи по­стоянного тока, недействителен для цепи переменного тока.

Для того чтобы найти действующий ток в неразветвленной цепи переменного тока, нужно подсчитать полное сопротив­ление цепи с учетом всех -входящих в нее резисторов. В об­щем случае при наличии в цепи активного R, индуктивного Xl и емкостного сопротивлений Х_с полное сопротивление цепи переменного тока определяется по формуле

Тогда действующее значение тока в цени переменного тока с последовательно включенными резисторами R_, ,X_L и Х_с при известном напряжении U определится по формуле

I = U/Z.

Эта формула имеет такое же значение, какое закон Ома для цепи постоянного тока. Если включить в цепь переменного тока амперметр, то он покажет значение; в 1,4 раза меньшее амплитудного тока. Это значение тока называют действующим, или эффективным, значением переменного тока. Для синусоидального переменного тока действующие значения напряжения U и электродвижущей силы Е будут также меньше амплитудных их значений в 1,4 раза. Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения измеряемых величии.

В некоторых случаях требуется знать не действующее, а среднее значение переменного тока, которое, как показывают опыты и расчеты, равно его амплитудному значению, умноженному на 0,637.

Если между полюсами вращать цилиндр, на котором расположены не одна, а три обмотки, смещенные каждая по отношению к остальным на угол 120^е, то наводимая в каждой обмотке э. д. с. достигает амплитудного значения не в одно время, а отличается по фазам па 1/3 периода (120°), как это показано на рис. 162.

На рис. 162 слева схематично изображен магнит с полюсами и вращающийся между ними цилиндр с обмотками 1, 2 и 3, сме­щенными относительно друг друга на 120°, а справа представлен график синусоид изменения э. д. с. тока в этих обмотках. Как следует из графика, синусоиды смещены относительно друг друга на определенный угол φ (рис. 162), называемый фазным. При вращении каждая обмотка (катушка) является самостоятельным источником однофазного переменного тока.

Трех ф а з н ы м током называется совокупность трех переменных токов одинаковой частоты, сдвинутых на 1/3 периода (120"). Трехфазный ток вырабатывают трехфазные генераторы переменного тока, соединение обмоток у которых де­лают звездой или треугольником (рис. 163).

 

При соединении звездой (рис. 163, а) начальные концы всех фазных обмоток идут во внешнюю цепь, вторые концы обмоток соединены между собой. Потребитель можно включить между любой парой линейных проводов или между любым линейным проводом и ну­левым. При соединении треугольником (рис. 163, б) конец первой обмотки фазы присоеди­няется к началу второй, конец второй — к началу третьей, конец третьей — к началу первой.

Напряжение между началом и концом фазы называется фазным напряжением и обозначается Uф Напряжение между концами фаз или проводами называется линейным напряжением и обозначается Uл- Соответственно и сила тока называется фазной Iф или линейной I_л-

При соединении фаз генератора или приемника звездой линейный ток равен фазному, а линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного напряжения. При соединении треугольником линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в 1,73 раза больше фазного.

Контрольные вопросы:

1. Какие тела называются магнитами и в чем проявляются их магнитные свойства?

2..Каким образом можно определить направление магнитного поля и его силовых линий, возникающих вокруг проводника с током?

3. Что называется магнитной индукцией, магнитным потоком и магнитной цепью?

4. В чем сущность устройства и действия электромагнита?

5. Как проявляется взаимодействие между магнитным полем и проводником c током?

6. Что Вы понимаете под электромагнитной индукцией, самоиндукцией и взаимоиндукцией?

7. Что Вы понимаете под переменным током и каков принцип его получения?

8. Какими величинами характеризуется переменный синусоидальный ток?

9. Какой ток называют трехфазным икаков принцип его получения?

10. Какие способы соединения обмоток применяются в генераторах трехфазного тока:

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для получения электрического тока во внешней цепи генерато­ра необходимо, чтобы между его полюсами был магнитный поток и якорь генератора вращался каким-либо двигателем.

Магнитный поток в генераторе постоянного тока (в его магнитной системе) создается три пропускании тока через катушки воз­буждения (обмотки полюсных сердечников). В зависимости от способа питания обмоток возбуждения генераторы делятся на генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждение м.

В первых питание обмотки возбуждения производится от пос­тороннего источника тока, а в генераторах с самовозбуждением питание обмотки возбуждения производится током самого генератора. Поэтому в первом случае цепь возбуждения и цепь якоря электрической связи не имеют, а во втором случае цепи возбуждения и якоря соединены между собой. При этом в зависимости от схемы соединения обмотки возбуждения и якоря генераторы с са­мовозбуждением делятся на три группы: генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые; генераторы последовательного возбуждения, или сериесные; генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.

На судах морского флота генераторы с одной последовательной обмоткой возбуждения не применяются, так как у них ток возбуждения, а следовательно, и напряжение на зажимах в сильной степени зависят от режима нагрузки генератора.

В генераторах с параллельной обмоткой возбуждения с увеличением режима нагрузки во внешней цепи напряжение на зажимах генератора снижается, что является большим недостатком этих генераторов.

У генераторов смешанного возбуждения полюсные сердечники имеют по две обмотки: одна включена последовательно с обмоткой якоря, а вторая — параллельно. При такой схеме включения устраняются недостатки, присущие генераторам последовательного и параллельного возбуждения.

На судах морского флота устанавливают в основном генерато­ры со смешанным возбуждением, так как у этих генераторов обеспечивается постоянное напряжение на зажимах при изменении нагрузки.

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В двигателе постоянного тока магнитные поля создаются полюсами обмотки возбуждения и обмоткой якоря, по которым пропускается ток. При пропускании через них постоянного тока якорь машины придет во вращение. Направление вращения якоря определяется правилом левой руки. Если изменить направление тока в якоре или в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя также изменится.

При работе электродвигателя его якорь с обмоткой, вращаясь в магнитном поле, создаваемом магнитами полюсов, пересекает силовые магнитные линии магнитного потока полюсов и, следовательно, согласно закону электромагнитной индукции в обмотке якоря индуктируется э. д. с. Направление этой э. д. с. противоположно направлению тока, текущего в обмотке якоря (определяется по правилу правой руки), (Ввиду чего она называется обратной э. д. с, или противоэлектродвижущей силой (противо Э. Д. С.).

Необходимо заметить, что во время пуска двигателя противоэлектродвижущая сила равна нулю и ток якоря может достигнуть недопустимо большого значения, так как сопротивление обмотки якоря незначительно. Поэтому в момент пуска в цепь якоря после­довательно вводят дополнительный резистор — пусковой реостат. С началом вращения якоря нарастает противо э. д. с, сни­жающая ток в якоре, поэтому по мере раскручивания двигателя (с увеличением частоты вращения двигателя) сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают и совсем его выключают, как только двигатель разовьет номинальную частоту вращения, так как в этом случае обмотка якоря перегрузки испытывать не будет.

Электродвигатели постоянного тока, как и генераторы, в зависимости от способа включения обмоток возбуждения и якоря под­разделяются на двигатели: с независимым возбуждением; с после­довательным возбуждением, или сериесные; с параллельным возбуждением, или шунтовые; со смешанным возбуждением, или компаундные.

На судах морского флота электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением с легкой параллельной обмоткой применяются для привода палубных механизмов (брашпилей, шпилей, лебедок, кранов), где требуется большой вращающий момент при пуске.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением применяются для привода механизмов, у которых необходимо иметь постоянную частоту вращения независимо от их нагрузки и у которых не требуется большой пусковой момент (вспомогатель­ные механизмы и насосы, обслуживающие главные двигатели и судовые системы, станки).

Электродвигатели постоянного тока со смешанным возбужде­нием применяются для привода механизмов, требующих большого пускового момента и сохранения постоянной частоты вращения, а также имеющих значительный маховой момент (палубные меха­низмы, рулевые приводы, валоповоротные устройства и др.).

Конструктивно электродвигатели выполняются с горизонтальным и с вертикальным валом.

По типу защиты от воздействия внешней среды электродвигате­ли бывают такие же, как и генераторы: открытые, защищенные, брызгозащищённые, водозащищенные, герметичные и взрывозащищённые.

Управление электродвигателями постоянного тока сводится в основном к выполнению следующих операций: пуску, остановке, торможению, реверсированию и регулированию частоты вращения, Эти операции могут быть выполнены вручную, автоматически или полуавтоматически при помощи соответствующей аппаратуры управления (пусковые и регулировочные реостаты, электрические и механические тормозные устройства и др.).

Частота вращения электродвигателя регулируется изменением напряжения на зажимах якоря или изменением магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, т. е. изменением силы тока возбуждения электродвигателя при помощи регулировочного реос­тата.

Для быстрой остановки электродвигателей необходимо применять торможение. Торможение электродвигателей постоянного тока может быть механическим и электрическим. Механическое торможение осуществляется при помощи колодочных, ленточных и дисковых тормозов. Электрическое торможение может быть произведено или в виде полезного торможения, при котором двигатель обращается в генератор и возвращает электрическую энергию в цепь, или же в виде реостатного торможения.

Изменить направление вращения электродвигателя постоянного тока можно двумя способами: 1) изменить направление тока в полюсных обмотках возбуждения, оставив направление тока в об­мотке якоря без изменения; 2) изменить направление тока в обмотке якоря, оставив без изменения направление тока в полюсных обмотках возбуждения. Если одновременно изменить направление тока и в обмотке якоря и в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя не изменится.

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения пе­ременного тока. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника 1 (рис. 169), собранного из пластин специальной трансформаторной стали. На сердечник надеваются.катушки 2 и 3 (обмотки) с различ­ным числом витков изолированной проволоки. Одна обмотка, на­зываемая первичной 2, присоединяется к источнику переменного тока. В ней создается переменное магнитное поле, намагничиваю­щее сердечник. В другой обмотке — вторичной 3 (вторичных об­моток может быть и несколько) вследствие электромагнитной ин­дукции возникает переменный ток.

Напряжение на концах вторичной обмотки зависит от числа витков в этой обмотке. Если число витков вторичной обмотки равно числу витков первичной обмотки, то напряжение тока во вторичной обмотке будет таким же, как и в первичной обмотке. Если число витков вторичной обмотки будет меньше числа витков первичной обмотки, например, «в два раза, то и напряжение, даваемое вторич­ной обмоткой, будет в два раза меньше, чем в первичной об­мотке.

Трансформатор, дающий напряжение меньше, чем в цепи пер­вичной обмотки, называется понижающим, а трансфор­матор, дающий напряжение больше, чем в цепи первичной обмот­ки, называется повышающим.

Если вторичная обмотка разомкнута с цепью, а к зажимам пер­вичной обмотки подается питание, то такой режим работы транс­форматора называется х о л о с т ы м ходом. Если не считать потерь на на­гревание проводников обмоток и сердечника трансформатора, то при трансформации первич­ный и вторичный токи приблизи­тельно обратно пропорциональны числам витков соответствующих обмоток, а э. д. с. первич­ной и вторичной обмоток прямо пропорциональны числам витков соответствующих обмоток. Мощность первичного тока в трансфор­маторах приблизительно равна мощности вторичного тока, а си­лы токов в обмотках трансформатора обратно пропорциональны напряжениям на этих обмотках.

Чтобы трансформировать трехфазный ток, применяют трехфазные трансформаторы с тремя первичными и тремя вторичными обмотками (трехстержневые) или групповые, которые составляют­ся из трех однофазных (в каждую фазу включают по трансфор­матору). Первичные и вторичные обмотки могут соединяться между собой звездой или треугольником. Процессы, проис­ходящие в каждой фазе трехфазного трансформатора в принципе не отличаются от таковых в однофазных трансфор­маторах.

Кроме трехфазных, применяются (в основном для установок низкого напряжения) так называемые автотрансформа­торы, у которых имеется только одна обмотка, часть которой является общей для первичной и вторичной цепи.

На судах применяются специальные типы судовых трансфор­маторов для установки на открытых палубах и в закрытых поме­щениях. Все судовые трансформаторы выпускаются в закрытых кожухах, снабженных лапами для крепления.

Трансформатор перед включением в цепь необходимо осмотреть и убедиться в отсутствии посторонних предметов, грязи, воды и масел на нем и вблизи вентиляционных отверстий.

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Асинхронными называются двигатели, у которых частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного по­ля статора при прохождении в его обмотках трехфазного тока.

При прохождении в обмотках статора трехфазной машины трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, под дей­ствием которого в роторе индуктируется электрический ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, индуктируемыми в проводниках ротора, возни­кает механическое усилие, действующее на проводник с током, ко­торое и создает вращающий момент, приводящий в движение ро­тор. При этом частота вращения ротора у асинхронного двигате­ля всегда меньше частоты вращения вращающегося магнитного поля статора за счет скольжения ротора, которое у современных двигателей составляет примерно 2—5%.

Таким образом асинхронный двигатель получает энергию, под­водимую к ротору вращающимся магнитным потоком (индуктив­но), в отличие от двигателей постоянного тока, у которых энер­гия подводится по проводам. Асинхронные двигатели в отличие от синхронных возбуждаются переменным током.

Асинхронный двигатель, как и синхронный, состоит из двух основных частей: статора с обмотками фаз, по которым про­ходит трехфазный переменный ток, и ротора, ось которого уло­жена в подшипниках. Ротор может быть короткозамкнутым и фазным (рис. 170).

Короткозамкнутый ротор (рис. 170, в) представляет собой ци­линдр, по окружности которого параллельно его оси расположены проводники, замкнутые между собой с обеих сторон ротора коль­цами (в виде беличьего колеса).

Асинхронный двигатель с таким ротором называется короткозамкнутым. К его недостаткам относятся: малый пу­сковой момент и большой ток в обмотках статора при пуске. Ес­ли хотят увеличить пусковой момент или уменьшить пусковой ток, применяют асинхронные двигатели с фазным ротором (рис. 170, г). У этих двигателей на роторе размещают такую же обмотку, как и на статоре. При этом концы обмоток соединяют с контактными кольцами (рис. 170, д), расположенными на валу двигателя. Контактные кольца при помощи щеток соединяются с пусковым реостатом.

Для пуска двигателя в питающую цепь включают статор, по­сле чего постепенно выводят из цепи ротора сопротивление пуско­вого реостата. Когда двигатель пущен, контактные кольца при помощи контактов пускателя замыкаются накоротко,

Продольный разрез асинхронного электродвигателя с фазным ротором

На рис. 171 показан продольный разрез асинхронного двигате­ля с фазным ротором. В корпусе 6 статора помещена обмотка 5, уложенная в пазы 4 стали статора. В пазах 2 стали ротора лежит обмотка 3 ротора.

Пуск в ход электродвигателя с короткозамкнутым ротором может быть осуществлен непосредственным включением пускателя па полное рабочее напряжение цепи (способ прямого пуска). Однако вследствие резкого возрастания индуктируемой э. д. с. и пускового тока напряжение в цели в пусковой момент снижается, что отрицательно сказывается на работе приводного двигателя и других потребителей, питающихся от этой цепи.

В случае большого пускового тока для его уменьшения асин­хронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно пускают двумя способами: переключением обмоток статора в момент пуска со звезды на треугольник, если обмотки статора при нормальной работе электродвигателя соединены треугольником, или вклю­чением электродвигателя через пусковой реостат (или авто­трансформатор) в цепи статора.

Остановка электродвигателя производится выключением контактора. После остановки электродвигателя пусковой реостат или автотрансформатор полностью вводится. Частоту вращения асинхронных двигателей регулируют, изменяя сопротивление реостата, включенного в цепь ротора (у электродвигателей с фазным ротором), и переключая статорные обмотки для изменения числа пар полюсов (у электродвигателей с короткозамкнутым ротором).

Изменение направления вращения асинхронных электродвига­телей достигается изменением направления вращающегося маг­нитного поля статора путем переключения любых двух из трех фаз обмотки статора (с помощью проводов, соединяющих зажимы статорной обмотки с цепью) при помощи обычного двухполюсного переключателя.

Асинхронные двигатели просты по конструкции, обладают по сравнению с двигателями постоянного тока меньшими размерами и массой, вследствие чего они значительно дешевле. Кроме того, они более надежны в эксплуатации, требуют меньшего внима­ния при обслуживании из-за отсутствия у них вращающегося кол­лектора и щеточного аппарата; они обладают более высоким к. п. д., аппаратура управления ими значительно проще и дешевле, чем у двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели работают без искрообразования, которое возможно в машинах постоянного тока с нарушенной коммутацией, поэтому они более безопасны в пожарном отношении.

Перечисленными основными преимуществами асинхронных дви­гателей объясняется современная тенденция повсеместного внедрения переменного тока на морских судах. Следует отметить, что в промышленности асинхронные двигатели давно завоевали господствующее положение по сравнению с другими типами электродвигателей.

Асинхронные двигатели строятся мощностью от долей киловатта до многих тысяч киловатт. На судах морского флота в основном применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые выпускаются в водозащищенном и брызгозащищенном исполнении и рассчитаны па напряжение 380/220 В.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается принцип действия генератора постоянного тока?

2. Из каких основных частей состоит электрическая машина постоянного тока и каково их назначение?

3. Как разделяются машины постоянного тока по исполнению?

4. Каков принцип действия двигателя постоянного тока?

5. Каковы основные правила обслуживания электрических машин постоянного тока?

6. Какие машины называются синхронными и каков принцип их действия?

7. Для чего служат трансформаторы, каковы их устройство и принцип действия?

8. Какие двигатели называются асинхронными и каков принцип их действия?

9. Как подразделяются асинхронные двигатели по конструкции ротора?

 

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ

Электрооборудование судна предназначено для обеспечения управления, радиосвязи, работы радиолокационных станций, условий обитаемости судна.

Электрооборудование - любого судна состоит из четырех обязательных элементов (рис. 1) — источников электроэнергии; распределительных устройств (распределительные щиты, управления электроустановками); электрических сетей; потребителей электроэнергии.

 

Рис. 1. Электроэнергетическая система судна (вариант): 1- основные (главные) турбогенераторы; 2- главный распределительный шит; 3 - резервные источники питания; 4 - групповые распределительные шиты; # 5 - потребители электроэнергии

Реле. Контакторы.

Важнейшим элементом, упоминавшегося уже аппарата Морзе является РЕЛЕ.
Это устройство интересно тем, что на катушку можно подать относительно слабый сигнал, который преобразуется в магнитное поле и замыкает другой, более мощный, контакт, или группу контактов. Некоторые из них могут не замыкаться, а, наоборот, размыкаться. Это тоже нужно для разных целей. На чертежах и схемах это изображается так:

А читается следующим образом, при подаче питания на катушку реле - К контакты: К1, К2, К3, и К4 замыкаются, а контакты: К5,К6,К7 и К8 – размыкаются. Важно помнить, что на схемах показываются только те контакты, которые будут задействованы, не смотря на то, что реле может иметь большее количество контактов.
На принципиальных схемах показывается именно принцип построения сети и её работы, поэтому контакты и катушка реле не рисуются вместе. В системах, где много функциональных устройств, основную трудность представляет то, как правильно найти соответствующие катушкам контакты. Но с приобретением опыта эта проблема решается проще.
Как мы уже говорили ток и напряжение, разные материи. Ток, сам по себе, очень силен и, надо приложить немалые усилия, что б