Опишите устройство автоматического распределения нагрузок и принцип его работы.

Распределение активных нагрузок

Г — генератор;

ПД — первичный двигатель;

А — автоматический выключатель;

СД — серводвигатель; ТТ —трансформатор тока;

ДАТ —датчик активного тока;

ДЧ —датчик частоты; МУ — магнитный усилитель;

ТН —трансформатор напряжения.

Датчики активного тока замеряют активную составляющую тока нагрузки каждого из гене­раторов. Напряжение на выходе каждого датчика пропорционально нагрузке соответствующего генератора, активная мощность которого исчисляется в долях от его номинальной мощности. Отрицательные зажимы выходов датчиков соединены друг с другом через замыкаю­щие блок-контакты автоматических выключателей, соединяющих генераторы при параллельной работе. Положительный зажим выхода каждого датчика, кроме датчика базового генератора, подключен ко входу магнитного усилителя. Вторые зажимы входов магнитных усилителей соединены и подключены к положительному зажиму выхода датчика базового генератора.

Если нагрузки параллельно работающих генераторов распределены пропорционально их мощности, напряжения на выходе всех датчиков равны и ток во входных цепях магнитных усилителей отсутствует. При этом серводвигатели, изменяющие уставки регуляторов скорости и питающиеся от магнитных усилителей, неподвижны.

При неравномерном распределении нагрузки на выходе датчиков перегруженных генераторов напряжение будет выше, чем у датчиков недогруженных генераторов. Во входных цепях магнитных усилителей возникают уравнительные токи, полярность которых определяется тем, перегружен или недогружен данный генератор по сравнению с остальными, а величина уравнительного тока — разностью относительных значений нагрузки генераторов. В результате серводвигатели начинают вращаться и так изменяют уставки регуляторов скорости, что скоростные характеристики недогруженных генераторов перемещаются параллельно себе вверх, а перегруженных генераторов — вниз. Это приводит к восстановлению пропорционального распределения активной мощности между генераторами.

Базовый генератор должен поддерживать частоту в электроустановке. Выбор его произволен. Магнитный усилитель базового генератора либо отключается, либо, если регулятор скорости при изменении нагрузки не обеспечивает поддержания частоты с необходимой точностью, подключается к датчику частоты.

11. Поясните способ возбуждения аварийных генераторов (самовозбуждение).

(Касаткин, Немцов – Электротехника-с 358)

У генератора с параллельным возбуждением часть тока якоря служит для возбуждения главного магнитного поля машины (рис. 13.26). Эти генераторы применяются наиболее часто, так как они не требуют дополнительного источника электроэнергии для цепи возбуждения, что существенно упрощает обслуживание машины; вместе с тем напряжение таких генераторов мало изменяется из-за колебаний нагрузки.

При пуске в ход генератора с параллельным возбуждением для создания магнитного потока в магнитопроводе используется явление самовозбуждения. Сначала ток в якоре, а, следовательно, и в обмотке возбуждения отсутствует, но в массивной станине всегда сохраняется небольшой магнитный поток остаточного намагничивания, равный 1-3% нормального главного потока машины. Когда первичный двигатель начинает вращать якорь генератора, остаточный поток индуктирует п обмотке якоря небольшую ЭЛС. Эта ЭДС Е_я создает некоторый ток i_в в обмотке возбуждения, а следовательно, возникает некоторая МДС возбуждения.

По отношению к остаточному магнитному потоку она может быть направлена согласно или встречно, т. е. подмагничивать или размагничивать магнитопровод генератора. Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении ток возбуждения усиливает магнитное поле генератора, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Увеличение потока и тока возбуждения ограничивается насыщением магнитной цепи.

После окончания переходного процесса ЭДС в обмотке якоря Е_я и ток возбуждения I_в будут иметь постоянные значения. Найдем эти значения в режиме холостого хода. Если пренебречь сопротивлением цени якоря r_я по сравнению с сопротивлением цепи возбуждения r_в, то установившийся ток возбуждения I_н определяется из условия Е_я=U= r_в I_в. Этому условию соответствует точка пересечения А характеристики холостого хода Е_я(I_в) и прямой Е_я= r_в I_в (рис. 13.27). Угол α наклона прямой к оси абсцисс зависит от r_в. Если уменышть I_в, например вводя реостат в цепь возбуждения, то точка пересечения смешается влево. При достаточно большом сопротивлении цепи возбуждения, называемом критерическим, генератор не возбуждается.

Если в генераторе отсутствует остаточная намагниченность (из-за короткого замыкания или механических ударов), то для ее восстановления нужен посторонний источник постоянного тока хотя бы малой мощности. Этот источник нужно на короткий срок замкнуть на обмотку возбуждения, а затем использовать созданное остаточное намагничивание дня нормального возбуждения.

12. Перечислите требования, предъявляемые к аварийным генераторам.

Проектирование, постройка и эксплуатация судового оборудо­вания, в том числе электрооборудования, проводятся под наблю­дением н по требованиям организации, называемой Регистром СССР. Поскольку условия работы судового электрооборудования необходимо учитывать при их разработке, Правилами Регистра регламентируются следующие количественные показатели усло­вий работы:

· длительный крен до 15°; длительный дифферент до 10°; бортовая качка до 22,5° от вертикали; вибрация с частотой до 25 Гц и ускорением 5 м/с; ударные сотрясения с ускорением 30 м/с; относительная влажность воздуха 95 +- 3% при температуре 25 +- 2 °С;

· относительная влажность воздуха 80+-3% при температуре

· 40 +- 2 °С;

· температура окружающего воздуха в машинных отделениях» камбузах и других подобных помещениях от 0 до +45°С;

· то же на открытой палубе от —30 до +45 ®С; то же в жилых, служебных и прочих помещениях от —10 до +40 С.

Для судов, эксплуатируемых вне тропического пояса, верхний предел температуры принимается +40 вместо +45° С.

Судовые электрические машины наряду с надлежащими рабо­чими характеристиками должны обладать высокой надежностью в работе, минимально возможными массой, габаритами и стои­мостью, максимально возможным КПД, создавать минимальный шум и незначительные помехи радиоприему.

13. Опишите процедуру включения аварийного генератора.

В качестве пусковых устройств аварийных дизель-генераторов могут применяться:

1 электрическое стартсрное устройство с собственной аккумуляторной батареей и з рядным устройством;

.2 система сжатого воздуха с собственным независимым воздухохраннтелем;

.3 гидравлическая система пуска;

.4 ручные пусковые устройства: пусковая рукоятка для проворачивания двигателя вручную, инерционное пусковое устройство, гидравлические аккумуляторы, заряжаемые вручную, патроны с пороховым зарядом.

Каждый аварийный дизель-генератор с автоматическим пуском должен быть обору­дован пусковым устройством одобренного тина с запасом энергии, достаточным, по крайней мере, для трех последовательных пусков.

Источник накопленной энергии должен быть защитен с тем, чтобы исключить кри­тическое истощение его системой автоматического пуска, если не предусмотрено второе не­зависимое средство для пуска. Дополнительно должен быть предусмотрен второй источник энергии для производства дополнительных трех пусков в течение. 30 мин, если не преду­смотрено эффективное ручное пусковое устройство.

При применении системы сжатого воздуха в качестве одного т средств пуска ава­рийного дизель-генератора в помещении аварийного лнэель-генератора должен располагать ся воздухохранитель вместимостью, достаточно# на три пуска аварийного аиэель-генератора. Заполнение этого воздухохранителя может быть произведено от воэдухохрани-телей, предназначенных для пуска главных или вспомогательных двигателей, через невозвратный клалаи, установленный внутри помещения аварийного днэель-генератора, или от мектрокомпрессора. питаемого от аварийного распределительного шита.

Если для пуска аварийкою дизель-генератора на судне используется только система сжатого воздуха, должно быть предусмотрено два воздухохранителя каждый вместимостью, достаточной на три пуска.

Если автоматический пуск аварийного дизель-генератора не требуется, допускается ручной пуск одним из пусковых устройств.

Питание зарядных устройств аккумуляторных батарей и электрических приводов механизмов, обеспечивающих пусковые системы сжатого воздуха или гидравлические системы запуска аварийного дизель-генератора, должно осуществляться от аварийного распределительного щктв по отдельным филерам.

14. Каковы особенности эксплуатации аварийных генераторных агрегатов (месторасположение, способы пуска, требования и т.п.).

На пассажирских судах и промысловых базах требуется, а на других рекомендуется Ав.эл. станция, состоящая из АРЩ и АДГ.

АДГ и АРЩ устанавливается общем помещении расположенном выше верхней палубы вне шахты машинного отделения с непосредственном выходом на верхнюю палубу.

Ав.ГА должен легко запускаться из холодного состояния при температуре 0 С. Если это практически невозможно или предполагаеться более низкая темп-ра, должен быть предусмотрен подогрев АДГ.

Все пусковые и зарядные устрйстваа должны размещаться в помещении АДГ.

В случае неудавшегося первого пуска в АДГ предусмотрены два повторных пуска.

15. Нарисуйте механические характеристики электродвигателя с короткозамкнутым ротором и электродвигателя с фазным ротором {n=f (М); М = f(s)}.

(рисунки сверху и слева одно и тоже)

Форме кривой M=f(s) можно дать физическое объяснение на основании 2-го выражения вращающего момента М=kI₂Ф cosψ₂. При S=0 поток не пересекает ротора, следователь­но, /₂=0 и М = 0. По мере увеличения скольжения, т. е. вслед­ствие торможения ротора, ток /₂ в нем возрастает, что приводит к увеличению и вращающего момента. Однако одновременно с возрастанием скольжении увеличивается угол ψ₂(tgψ₂=x₂s/r₂), а следовательно, cos ψ₂ уменьшается. При больших скольжениях cos ψ₂ уменьшается быстрее, чем возрастает ток ротора /₂, по­этому и кривая вращающего момента снижается.

16. Поясните принцип действия асинхронного электродвигателя (возникновение вращающего момента). Чем обусловлена принципиальная необходимость наличия скольжения при работе двигателя?

Проходящий, по обмотке статора трехфазный ток создает вращающийся магнитный поток. Поток, пересекая обмотку ро­тора, создает в ней ток. В результате взаимодействия тока ро­тора и вращающегося потока создается момент, приводящий ро­тор во вращение.

На рис. 184 пунктиром показан вращающийся магнитный по­ток и по правилу правой руки определено направление э. д. с. в стержнях неподвижного ротора. Так как стержни при помощи колец замкну­ты накоротко, то э. д. с. создает ток, иду­щий в том же направлении. Теперь, уже по правилу левой руки, определяется на­правление усилия, действующего на стержни ротора, т. е. направление вра­щения ротора. Ротор вращается в ту же сторону, что и поток.

Скорость вращения ротора п ниже скорости вращения магнитного потока п₁,'Так как только при этом условии ро­тор будет пересекаться магнитным пото­ком и в нем будет создаваться ток.

Асинхронным двигатель назы­вается потому, что скорость вращения его ротора и магнитного потока неодина­кова, несинхронна (т. е. асинхронна).

Относительная разность скоростей ротора п и вращающегося магнитного потока ti\ называется скольжение м асинхрон­ного двигателя

s=(n_l - n)/ n_l.

Обычно s = 0,02—0,05; здесь меньшие величины относятся к большим мощностям двигателей.

Из формулы (32) скорость вращения ротора

n=n_l(1-s). (33)

В грубом приближении можно считать

n≈n_l=60f₁/p

Асинхронный двигатель будет работать и при питании со стороны фазного ротора. Обмотка статора при этом должна быть Н иута накоротко. Нетрудна усмотреть, что ротор такого о б р а щ е н н о г о двигателя вращается навстречу магнитному потоку. Магнитный поток относительно статора вращается с незначительной скоростью n_l - n.

17. Как изменяется во времени ток двигателя при прямом пуске? Как это влияет на сам двигатель и на другое электрооборудование?

(Кацман ММ Электрические машины с.196)

Пуск непосредственным включением в сеть (рис. 15.3). Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный не­достаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке ста­тора возникает большой пусковой ток, в 5—7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При небольшой инерционности ис­полнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значи­тельный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней замет­ное падение напряжения. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 38—50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пуско­вого тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска ко­роткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

18. Перечислите способы пуска двигателя со снижением величины питающего напряжения в начальный момент времени. Назовите устройства, с помощью которых можно реализовать этот способ пуска.

(Кацман ММ Электрические машины с.196-198)

Пуск при пониженном напряжении. В соответствии с (15.1) пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряже­нию Uи уменьшение которого вызывает соответствующее умень­шение пускового тока. Существует несколько способов пониже­ния подводимого к двигателю напряжения. Рассмотрим некоторые из них. Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 15.4, а). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя (рис. 15.4, б).

Более универсальным является способ пуска понижением подводимого к двигателю напряжения посред­ством реакторов (реактивных катушек — дросселей). Порядок включения двигателя в этом случае следующий (рис. 15.5, а). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 1.

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор (рис. 15.5, 6) вначале замыкают рубильник /, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное на­пряжение U₁’. При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К_А раз, где К_А — ко­эффициент трансформации автотрансформатора.

19. Поясните способ пуска двигателя переключением его обмоток со «звезды» на «треугольник».

(Яковлев, Маникин Судовые электрические машины с. 164)

Если обмотка статора двигателя рассчитана на работу соеди­нением в треугольник, то для пуска такого двигателя можно при­менять способ переключения обмотки статора со звезды на тре­угольник (рис. 12.5, б). При этом включается аппарат В, двига­тель разгоняется до Sкр при соединении обмотки статора звездой, затем аппарат П переключается на положение, соответствующее включению обмотки треугольником. Значение пускового тока при этом уменьшается в 3 раза, поскольку ток фазы звезды меньше тока фазы треугольника в раз н напряжение, подводимое к фазе звезды, также меньше напряжения фазы треугольника в раз.

20. Начертите схему пуска двигателя переключением его обмоток со «звезды» на «треугольник».

(Кацман ММ Электрические машины с.196)