Цель освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины «Судовые электроприводы» заключается в формировании теоретических знаний, умений и практических навыков при проектировании, эксплуатации и определении работоспособности судового автоматизированного электропривода в соответствии с требованиями нормативно-технических документов;
Задачами дисциплины являются:
- изучение законов движения электропривода и основных уравнений, описывающих его работу;
- изучение механических характеристик электроприводов постоянного и переменного тока, способов регулирования скорости вращения, физических процессов, протекающие в автоматизированных электроприводах при динамических режимах работы,
- определение мощности исполнительных двигателей с учетом конкретных рабочих машин основных судовых механизмов и устройств;
- изучение принципов автоматического регулирования координат электропривода;
- изучение схем управления судовыми автоматизированными электроприводами.
- приобретение опыта расчета и выбора основных элементов электропривода.
Результаты освоения дисциплины
2.1 Результатами освоения дисциплины «Судовые электропривода» должны быть следующие этапы формирования у обучающегося профессиональных компетенций (ПК), предусмотренные ОП ВО:
- способностью и готовностью осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с требованиями международных и национальных нормативно-технических документов (ПК – 7);
- способностью и готовностью сформировать цели проекта (программы), разработать обобщенные варианты ее решения, выполнить анализ этих вариантов, прогнозирования последствий, нахождения компромиссных решений (ПК – 22);
- способностью и готовностью разработать проекты объектов профессиональной деятельности с учетом физико-технических, механико-технологических, эстетических, эргономических, экологических и экономических требований (ПК – 23);
- способностью и готовностью принять участие в разработке и оформлении проектной, нормативной и технологической документации для ремонта, модернизации и модификации судового электрооборудования и средств автоматики (ПК – 24);
- способностью участвовать в фундаментальных и прикладных исследованиях в области судового электрооборудования и средств автоматики (ПК – 30);
В результате освоения дисциплины студент должен:
- знать устройство машин судового электропривода, режимы пуска, торможения и регулирования оборотов электродвигателей в составе судового электропривода, структурную схему электропривода; механическую часть силового канала; физические процессы в электроприводах с машинами постоянного тока, асинхронными и синхронными машинами; электрическую часть силового канала; принципы управления; элементную базу информационного канала; синтез структур и параметров
- иметь представление об основных направлениях развития судового электропривода, расчетах механических узлов и элементов, режимах работы и их оптимизации, методах обоснованного выбора различных элементов автоматизированного электропривода;
- уметь анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты использования судового электрооборудования, обобщать и систематизировать их, производить необходимые расчеты, используя современную электронно-вычислительную технику;
- иметь навыки по эксплуатации и определению работоспособности установленного, эксплуатируемого и ремонтируемого судового электрооборудования; в соответствии с требованиями нормативно-технических документов
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина «Судовые электроприводы» входит в состав базовой части профессионального цикла ОП и изучается в седьмом и восьмом семестрах.
При изучении дисциплины используются знания и навыки, полученные при освоении курсов и дисциплин «Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Судовые электрические машины», «Информатика», «Судовая электроника», «Судовая силовая преобразовательная техника», «Элементы и функциональные устройства судовой автоматики».
Результаты освоения дисциплины используются при параллельном и последующем изучении дисциплин профессионального цикла ОП, обеспечивающих дальнейшую подготовку в указанной области: «Микропроцессорные системы управления», «Судовые автоматизированные электроэнергетические системы», «Гребные электрические установки»,
«Системы автоматического управления электроприводами».
Знания, умения и навыки, полученные в результате освоения дисциплины, используются и углубляются при выполнении выпускной квалификационной работы, а также в дальнейшей профессиональной деятельности.
Структура дисциплины
Дисциплина «Судовые электроприводы» изучается в седьмом и восьмом семестрах. Общая трудоемкость составляет 9 зачетных единиц, т. е. 324 академических часа, в т.ч. аудиторные занятия (АЗ) – 168 часов, самостоятельная работа студента (СРС) – 156 часов.
В седьмом семестре трудоемкость 3 зачетные единицы, т.е. 108 часов (АЗ – 60 часов, СРС- 48 часов), в восьмом семестре трудоемкость 6 зачетных единиц т.е. 216 часов
(АЗ – 108 часов, СРС- 108 часов). Предусмотрено выполнение курсовой работы в седьмом и курсового проекта в восьмом семестрах. Аттестация по дисциплине проводится в форме зачета в седьмом и экзамена в восьмом семестрах. При заочной форме обучения дисциплина «Cудовые электроприводы» изучается в восьмом, девятом и десятом семестрах. Трудоемкость АЗ составляет 50 часов, СРС – 274 часа.
Более подробные сведения о структуре дисциплины, видах, трудоемкости и формах контроля учебной работы студентов для очной и заочной форм обучения приведены в нижерасположенных таблицах.
Лекционные занятия
№ п/п | Тема дисциплины | Содержание | Кол-во часов |
Седьмой семестр | |||
Электропривод как система. | Структурная схема, механическая часть силового канала электропривода. Силы и моменты, движущие и сопротивления. Уравнение движения привода. Момент инерции и маховой момент, приведение их к валу двигателя. | ||
Физические процессы в электроприводах. | Механические и электромеханические характеристики электроприводов постоянного тока. Способы пуска, реверса, торможения, регулирования частоты вращения изменением напряжения, магнитного потока. Механические характеристики электроприводов с асинхронными двигателями. Способы пуска, реверса, торможения, регулирования частоты вращения изменением подводимого напряжения, частоты, сопротивления в цепи ротора, переключением пар полюсов. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя. Способы пуска, торможения, регулирования частоты вращения. Электропривод системы генератор – двигатель. Механические характеристики, регулирование частоты вращения, область применения. Вентильный электропривод в системе Тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока, Тиристорный преобразователь частоты - асинхронный двигатель. Механические характеристики и способы регулирования скорости. Сравнительный анализ различных электроприводов с точки зрения вида регулировочных характеристик, плавности, диапазона регулирования, допустимых нагрузок и экономических показателей | ||
Переходные процессы в электроприводах. | Общая характеристика, сущность, методы исследования переходных процессов. Механические переходные процессы при пуске, реверсе и торможении электроприводов постоянного и переменного тока. Электромеханическая постоянная времени и ее физический смысл, характер изменения скорости и тока, моментов в этих режимах. Электромеханические переходные процессы. Электромагнитная постоянная времени якорной цепи в цепях возбуждения. Форсирование переходных процессов. Переходные процессы в сложных системах электропривода. Особенности расчета переходных процессов в вентильном электроприводе. Понятие о физическом и математическом моделировании электропривода. | ||
Энергетика переходных процессов. | Потери энергии при пуске и торможении электроприводов с двигателями постоянного и переменного тока. Способы уменьшения потерь энергии. Выбор электродвигателей для электроприводов. Общие сведения по проектированию электроприводов. Режимы работы и нагрузочные диаграммы, нагрев электродвигателей, постоянная времени нагрева. Определение мощности и выбор двигателей для различных режимов методами средних потерь, среднеквадратичных значений тока, момента и мощности. | ||
Аппаратура и схемы управления электроприводом. | Пускорегулирующая аппаратура. Магнитные и тиристорные пускатели. Принципы автоматического управления пуском электродвигателей. Типовые схемы управления. Бесконтактное управление электродвигателями постоянного и переменного тока. Элементная база информационного канала. Синтез структур и параметров. Микропроцессорные системы управления. Их структура, состав, методы управления. | ||
Восьмой семестр | |||
Электроприводы средств управления судами | Рулевые электроприводы и их общая характеристика. Основные требования, предъявляемые к ним. Силы, действующие на руль. Активный момент поворота судна и нагрузочный момент на баллере руля. Элементы циркуляции, влияющие на гидромеханические нагрузки. Угол Дрейфа. Угол атаки руля. Явление опорного момента. Оптимальный угол поворота руля. Геометрические характеристики профильных крыльев. Гидродинамические нагрузки на баллере профильного руля различной формы. Влияние угла атаки на характер нагрузки на баллере при отклонении углах руля, Передаточные звенья рулевых приводов. Механические передачи, их особенности. Потери и КПД при прямой и обратной перекладке руля. Гидравлические передачи. Принцип действия плунжерных, лопастных машин. Насосы постоянной и переменной подачи. Целесообразные механические характеристики ИД и типы применяемых двигателей. Нагрузочная характеристика ИД РЭГ-приводов. Потери, КПД гидравлической передачи. Оптимальные параметры элементов гидропередачи. Характеристики рабочих параметров насоса и их изменение при перекладке руля. Нагрузочные моменты на валу ИД. Особенность оценки нагрузки двигателя на холостом ходу агрегата. Кинематические схемы управления в РЭГ-приводах. Системы с насосами постоянной подачи. Системы с насосами переменной подачи. Системы и элементы схем рулевого управления простого действия. Элементы защиты и автоматики. Способы и средства торможения серводвигателей РЭГ-привода. Системы рулевого управления следящего действия. Средства согласования рулевого управления на электрической стороне приводов. Электрическая дифференциальная система управления, сельсинная связь, механические дифференциалы, магнитный золотник. Средства согласования рулевого управления на гидравлической стороне приводов; Механизмы с кулачковым и рычажным дифференциалами. Общие функциональные схемы управления РЭГ-приводами. Современные схемы рулевого управления следящего действия. Пуск ИД, защита и сигнализация. Основные элементы системы управления: усилители, сумматоры, преобразователи, корректирующие устройства. Схемы управления РЭГ-приводом. Особенности работы ИД. Вопросы торможения и защиты. Принципиальные схемы простого и следящего действия. Режимные характеристики ИД для РЭГ-привода, диаграмма действительной подачи насоса и энергетическая характеристика двигателя. Определение продолжительности перекладки руля при работе РЭГ-приводов. Проверка рулевых ИД на обеспечение перегрузок по моментам: опорному, заднего хода. Проверка рулевых электродвигателей по условиям отсутствия перегрева. Возможные случаи повышенных тепловых нагрузок и требования Правил Регистра СССР. Особенности работы электродвигателей в РЭГ-приводах. Методы тепловых расчетов. Определение отдельных составляющих потерь. Исполнительные потери и особенности их определения для РЭГ-приводов. Рулевые электроприводы автоматического действия (ЭАР). Развитие АР. Принципы действия системы и основные регуляторы для настройки режима. Уравнение сигнала управления. Функциональная схема, назначение в ней элементов автоматики и принцип построения системы. Особенности современных систем АР. Автономный адаптивный АР. Изучение особенностей элементной базы, постоянный контроль состояния рулевых электроприводов - залог успешной безаварийной эксплуатации рулевого устройства. Основные правила технической эксплуатации рулевых электроприводов. Специальные электроприводы. Судовые электроприводы успокоительной качки. Методы успокоения качки. Динамика судна при бортовой качке. Стабилизация положения судна посредством активных успокоителей качки. Электроприводы бортовых рулей. Принцип действия кинематической схемы. Расчет исполнительных двигателей. Основные способы автоматического управления бортовыми рулями, типовая функциональная схема стабилизатора качки. Назначение и действие элементов схемы. Электроприводы поворота лопастей винтов регулируемого шага (ВРШ). Применение на транспортных судах ВРШ. Нагрузочные характеристики. Мощность ИД. Системы управления приводов изменения шага. Автоматизация управления приводов ВРШ гребных установок. Электроприводы подруливающих устройств (ПУ). ПУ как вспомогательное навигационное средство. Конструкции ПУ. ПУ с винтами фиксированного шага (ВФШ) и с винтами регулируемого шага. Нагрузочные характеристики электропривода. Мощность ИД. Системы управления электроприводов ПУ. Основные положения по правилам технической эксплуатации специальных электроприводов. | ||
Электроприводы якорно-швартовных устройств (ЯШУ) | Краткая характеристика якорных и швартовных механизмов и режимов работы. Требования, предъявляемые к якорным электроприводам. Величина и факторы, определяющие нагрузку якорного электропривода. Якорное вооружение судов. Правила и нормы Морского Регистра. Отдача якоря при неразобщенном приводе. Стадии работы якорного электропривода при съемке судна с якоря. Силы и их соотношение при равновесном состоянии якорной цепи. Условие стоянки судна на якоре. Целесообразные механические характеристики ИД якорно-швартовных устройств и типы применяемых электродвигателей. Общая характеристика систем управления якорных электроприводов: контроллерной, контакторной, системы Г-Д и тиристорной. Особенности асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с ЯШУ. Средства бесконтактной и бестоковой коммутации. Определение необходимых номинальных параметров ИД якорных и швартовных устройств. Расчет мощности методом последовательного приближения. Обеспечение перегрузочной способности ИД по моменту вращения. Величина внешней силы, действующей на судно в процессе съемки с якоря. Скорость подтягивания на первой стадии при поднятии цепи, лежащей на грунте. Характеристика состояния якорной цепи в процессе съемки судна с якоря. Рабочая диаграмма якорного электропривода. Взаимосвязь механической характеристики электродвигателя и его нагрузочной характеристики. Проверка обеспечения электроприводом нормированной продолжительности съемки судна с якоря и скорости выбирания цепи при расчетной нагрузке. Определение теплового состояния якорного электродвигателя и проверка его перегрева. Методы теплового расчета. Способы приближенного установления тепловых параметров электродвигателей. Построение кривой нагрева двигателя для всего процесса съемки судна с якоря. Автоматизация якорных и швартовных электроприводов. Примеры характерных схем электроприводов шпилей и брашпилей. Системы управления на основе бесконтактных элементов, элементов логики и силовой полупроводниковой техники. Системы дистанционного управления якорными электроприводами. Автоматические швартовные лебедки (АШЛ). Назначение и принцип управления. Системы с датчиками тяговой силы и без них. Основные правила по технической эксплуатации ЯШУ. | ||
Электроприводы лебедок и кранов | Общая характеристика грузовых устройств. Разделение судовых электрических лебедок и кранов по характерным признакам. Основные требования к электроприводам судовых приемников: обеспечение высокой производительности и сохранность грузов. Целесообразные характеристики грузоподъемных электроприводов и типы применяемых электродвигателей. Некоторые характерные схемные возможности, обеспечивающие необходимые рабочие характеристики. Механическое торможение электроприводов грузоподъемников и ограничение области его использования. Методы расчета мощности и выбора ИД грузовых лебедок и механизмов подъема кранов. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя грузовой лебедки или механизма подъема крана. Моменты сопротивления на валу и продолжительность периодов при установившихся и переходных режимах. Проверка соответствия параметров подъемного ИД требованиям эксплуатации. Особенности электроприводов лифтов. Особенности работы поворотных ИД судовых кранов. Построение нагрузочных характеристик для прямого и обратного поворота крана. Расчет мощности и выбор поворотного ИД. Построение нагрузочной диаграммы поворотногоИД крана и проверка соответствия его параметров требованиям эксплуатации. Понятие о расчете нагрузок, определение мощности двигателя изменения вылета стрелы крана. Современные автоматизированные системы электроприводов грузоподъемников. Применение ИД различных типов и различных систем управления: тиристорных преобразователей частоты инверторного типа (ТПЧИ), тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью (ТПЧН), совмещенного электромашинно-частотного регулирования (ЭЧР). Полупроводниковые бесконтактные и бестоковые коммутаторы - средства повышения надежности эксплуатации судовых электроприводов. Особенности электрогидравлических кранов. Разновидности системы Г-Д особых исполнений. Понятие о программном и дистанционном управлении кранов и других подъмеников с использованием интегральных микросхем и микропроцессорной техники. Электроприводы для подъема катеров и шлюпок с волны (волновых подъемников), особенности их работы. Принцип действия двухдвигательных электроприводов. Построение нагрузочной характеристики скоростного электродвигателя (СД). Определение его необходимой механической характеристики. Расчет мощности и выбор скоростного электродвигателя. Автоматические буксирные лебедки (АБЛ). Силы сопротивления в буксирном тросе. Амортизация дополнительных сил за счет троса. Принцип автоматизации. Нагрузочная характеристика буксирного электродвигателя. Целесообразная механическая характеристика ИД и его номинальная мощность. Основные системы автоматических буксирных лебедок. Проверка действия и регулировка тормозной системы электродвигателей. Основные положения по правилам технической эксплуатации судовых лебедок и кранов. | ||
Электроприводы вспомогательных механизмов и судовых систем | Общая характеристика судовых нагнетателей: насосов, вентиляторов, воздуходувок и компрессоров. Основные параметры, характеризующие работу и нагрузочные режимы нагнетателей. Центробежные нагнетатели и их свойства. Рабочие характеристики центробежных нагнетателей. Особенности пропеллерных двигателей. Характеристика сопротивления трубопроводной системы. Мощность ИД нагнетателя и работа нагнетателя на сеть. Определение механических характеристик ИД. Типы электродвигателей, применяемых для привода нагнетателей. Регулирование подачи центробежных нагнетателей. Регулирование подачи пропеллерных нагнетателей изменением шага винта. Регулирование электроприводов переменного тока нагнетателей, работающих на сеть с квадратичным сопротивлением. Совместная работа центробежных нагнетателей. Целесообразные способы их соединений. Устойчивость работы центробежных нагнетателей. Особенности поршневых насосов и работы их электроприводов. Рабочие характеристики поршневых насосов. Регулирование подачи. Электрокомпрессоры. Процесс сжатия воздуха и параметры, определяющие нагрузку ИД компрессора. Расчет мощности электродвигателя на, основании индикаторного КЦ, и удельной работы сжатия воздуха. Типы применяемых электродвигателей. Способы и средства регулирования подачи компрессоров. Автоматизация поддержания на необходимом уровне давления сжатого воздуха. Система управления электроприводами судовых нагнетателей. Основные элементы автоматики, применяемые в электрических схемах. Современные бесконтактные тиристорные пускатели с использованием типовых логических элементов. Примеры наиболее характерных схем управления. Автоматизация электроприводов нагнетателей. Программная групповая автоматизация при обеспечении силовых электрических установок. Автоматическое включение резерва. Автоматизированные электроприводы общесудовых систем. Правила техники безопасности при эксплуатации электроприводов. | ||
Электроприводы промысловых механизмов и технологических установок | Режимы работы электроприводов промысловых механизмов. Оптимальные характеристики ваерных лебедок, Расчет электропривода ваерной лебедки с учетом скорости траления и сопротивления трала. Построение схем управления электроприводов промысловых механизмов: ваерных, гиневых, кабельных, сейнерных лебедок и лебедки зонда. Электропривод судовых рыбообрабатывающих установок: ленточных транспортеров, рыбонасосов, моечных машин, рыборазделочных установок. Электропривод компрессоров рефрижераторных установок. Эксплуатация электроприводов промысловых механизмов и технологических установок. | ||
Итого |