СУДОВОМУ МЕХАНИКУ
ОБ ОБСЛУЖИВАНИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЧАСТЬ 2
РАБОТА «СУДОВОМУ МЕХАНИКУ ОБ ОБСЛУЖИВАНИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ»
Предлагается вниманию тех, кому приходится заниматься эксплуатацией судового оборудования самостоятельно, не накопив еще в этом достаточного практического опыта.
Работа состоит из четырех частей, каждая из которых может использоваться по отдельности.
Часть первая содержит рекомендации по организации обслуживания судового электрооборудования, пользовании для этого документацией, приборами, приспособлениями находящимися на судне.
Часть вторая – содержит сведения по прикладной электротехнике, которые помогут в понимании процессов, происходящих в электрооборудовании и, соответственно, предотвращать возможные отказы в его работе. Кроме того, даются краткие описания оборудования, в которых поиск отказов и устранение вызывают наиболее частые затруднения.
Часть третья – содержит рекомендации по определению мест наиболее частых отказов, некоторых способов их устранения, определения возможных отказавших элементов по предварительному рассмотрению электротехнических схем.
Часть четвертая – содержит справочные материалы, как правило, отсутствующие в судовой электротехнической документации, но пользование которыми нередко необходимо.
Выбор части работы для ознакомления зависит от того, в чем специалист считает себя наименее подготовленным для грамотного выполнения возложенных на него обязанностей.
Работа может стать полезной и для судового электротехнического персонала, начинающего впервые свою деятельность на судне.
Работа касается вопросов обслуживания электрооборудования переменного тока и почти не затрагивает особенности обслуживания оборудования работающего на постоянном токе.
ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Применяются два рода электрического тока.
Постоянный ток – направленное движение электронов в материалах проводниках от точки более высокого потенциала (напряжения) обозначенное знаком «плюс» к точке низшего – обозначенной знаком «минус» во всех цепях вне источника электроэнергии.
Сопротивлением перемещению электронов – току – является молекулярное строение вещества.
В электротехнике такой вид сопротивления называется омическим. На современных судах постоянный ток применяется ограничено. В силовых цепях – практически вышеназванным током. В цепях освещения и ряде цепей сигнализации также используется переменный ток.
Переменный ток, в процессе своего «протекания» то возрастает от «нуля» до максимальной величины одного знака, то упав до «нуля» снова возрастает до максимума, но уже другого знака. Каждую секунду таких изменений столько, сколько раз произойдет изменение тока или напряжения от одной значимой величины до следующей такой же самой.
«Расстояние» (по времени) между ними называют периодом, а число изменений – частотой переменного тока.
На судах применяются как правило частоты 50 или 60 Герц (Гц) или периодов в секунду, при напряжении от 12 до 440 Вольт (В). могут применяться токи с большими – несколько сот Гц.
Сопротивлением прохождению переменного тока является не только омическое (которое в практике считают равным активному, которое не измеряется приборами).гораздо большее сопротивление оказывает реакция электрических цепей на прохождение тока.
Она называется «противонапряжениями» появляющихся в проводниках, свиваемых в катушку – для технического использования – это обмотки электрических машин, катушки электромагнитов, магнитных усилителей, радиоустройств, индукционных нагревателей и т.п.
Сопротивление такого рода называют индуктивным.
Хотя оно и является сопротивлением току, оно почти не требует расхода топлива на свое преодоление. Электромагнитное поле протекающего тока, возникнув первый раз – в одном направлении – поддерживает энергию тока при спадании напряжения до нуля. При возрастании тока в другом направлении процесс повторяется, поле тока переходит в энергию магнитного поля, а энергия его снова переходит в энергию тока. Топливо расходуется на компенсацию потерь.
Одиночный прямой проводник с током практически не дает индуктивного сопротивления по сравнению с такой же длины проводником свитым в катушку.
Другого вида сопротивление называется емкостным, в судовых электросетях называют приборы – конденсаторы и длинные (двужильные) проводники или с иным числом жил при использовании в качестве проводников корпуса судна. В них энергия пропускаемого тока преобразуется в энергию электрических разрядов, создающих «противонапряжение».
Величина потерь для обоих видов сопротивлений зависит от качества примененного на судне электрооборудования, магнитных материалов и изоляции.
Из-за своих физических особенностей, оба «противонапряжения» по времени смещены от напряжения, проводящего ток через активное сопротивление. (См. «Векторные диаграммы»).
Величина тока в цепи, определяется для обоих родов тока законом Ома.
Величина тока прямо пропорциональна величине приложенного к цепи напряжения обратно пропорциональна величине сопротивления.
Величина напряжения в судовых сетях в установившихся режимах работы исправного оборудования неизменна.
Величина сопротивления зависит от величин сопротивления (а для переменного тока – и от вида сопротивления) и количества подключенных приемников с их токоведущими проводниками способа подключения их. Индуктивности и емкости приемников при работе обмениваются энергиями.
Индуктивность – энергией магнитного поля, а емкость – энергией поля зарядов. Потому дополнительного расхода топлива, за исключением небольшого – на компенсацию потерь – не требуется.
Доля мощности, затрачиваемой на полезную работу – нагревание сред, перемещение сред и предметов, первичным двигателем через генератор электроэнергии показывается прибором киловаттметром (или мегаваттметром) на генераторных панелях каждого генератора, находящегося в работе.
Полная затрачиваемая на выработку и передачу электроэнергии мощность показывается киловатамперметром. При его отсутствии – вычисляется как произведение оказаний вольтметра на сумму показаний всех амперметров работающих генераторов.
Прибор измеритель «косинуса Фи» показывает долю полезной мощности. При малых показаниях этого прибора, тем не менее ток, требуемый приемниками от генераторов может быть большим, ибо идет на преодоление больших реактивных сопротивлений (работа приводов с малой полезной нагрузкой).
Подключение еще одного, мощного приемника может вызвать отключение перегруженного током генератора посредством обрабатывания реле перегрузки его АВ.
Сам же факт повышения величины тока генератора реактивными токами служит сигналом персоналу о том, что в цепях распределения реактивных нагрузок между перегруженным и другими, работающими в параллель с ним – неполадки.
Практически чисто – активной нагрузкой для переменного тока являются наргевательные элементы. Количество выделяемой в элементе равно произведению 0,24 на величину сопротивления элемента, квадрат протекающего тока и время протекания его. Все величины произведения могут замеряться приборами. Так же рассчитывают тепловыделение и в постоянном токе.
Частота электричества судовых сетей стандартизирована. Стандартизировано и напряжение.
Число оборотов первичного двигателя генератора обусловлено частотой сети и числом пар полюсов генератора. Оно прямо пропорционально произведению 60 на частоту (при частоте 50 Гц = 3000 Ом) и обратно пропорционально числу пар полюсов генератора.
Чем больше число пар полюсов – тем тихоходнее первичный двигатель. Напряжение генератора прямо пропорционально обмоточному коэффициенту генератора, числу его оборотов и величине магнитного потока в воздушном зазоре генератора.
В эксплуатации оборудования могут изменяться величины оборотов и магнитного поля. И то и другое меняется в зависимости от нагрузки и ее изменений- причем величина магнитного потока весьма значительного, но может меняться от возникающих неисправностей.
Всякая судовая сеть характерна большой индуктивностью – приемники энергии в большинстве многовитковый обмотки электрических машин и электромагнитных пускателей. Соответственно и ток в генераторах индуктивен.
Такой ток уменьшает величину магнитного потока генератора, вызывая снижение напряжения. Оно заставляет регулятор напряжения увеличивать ток возбуждения и тем восстановить величину магнитного потока и , следовательно, — напряжения. Это особенно заметно при включении нового приемника. Некоторое снижение оборотов первичного двигателя в этот момент вызывается долей полезного (активного) тока нагрузки приемника, который оказывает тормозящее действие на вал генератора.
Всякое изменение электрического тока вызывает появление около проводников магнитного поля. Оно характеризуется физической величиной называемой магнитной индукцией. Она зависит в том числе и от величины тока, вызывающего поле. Магнитное поле тока одной и той же величины в разных средах имеет разную индукцию. Это обуславливается тем, что, образно говоря, «через одно и то же сечение (площадь) разных материалов проходит разное количество поля» (разное количество силовых линий поля). Т.е. разный материал обладает разным «магнитным сопротивлением».
Наибольшим обладает вакуум или, приравниваемый к нему, воздух.
Названное различие учитывается в электротехнике коэффициентом магнитной проницательности.
Характеристика магнитного поля, учитывающая магнитную проницательность называется напряженностью магнитного поля.
Силы магнитного поля в электрических машинах и аппаратах образуют «пружинные связи» между роторами и статорами вращающихся машин при преобразовании в них вращающегося поля тока во вращение робота связанного с ним механизма. В электрических аппаратах сила магнитного поля удерживается в соединении подвижные и неподвижные части аппарата.
Во всех электромагнитных устройствах связи между электрическими токами и магнитными явлениями связаны законом полного тока.
О практически необходимом в эксплуатации следствии этого закона сказано далее.
О ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММАХ
В учебниках по электротехнике и электрооборудовании векторные диаграммы помогают понять взаимосвязь зависимых друг от друга параметров – токов и напряжений, магнитных потоков и индуктируемых ими напряжений.
Все эти параметры в векторных диаграммах условно изображаются в виде отрезков прямых, исходящих из единого центра – векторами смещенными относительно друг друга на угловые расстояния. Например, угловое расстояние (фазный сдвиг) между векторами тока и напряжения показывает условно долю реактивности тока, проходящего по участку цепи в течение периода переменного тока.
Векторы считают вращающимися против часовой стрелки.
Из двух векторов взаимосвязанных величин, напряжения и тока, например, относительно друг друга могут быть «опережающими» или «отстающими». Параметр (величина) вектор которой находится ближе к оси координат в направлении «на 12 часов», считается опережающим по отношению к вектору, расположенному ближе к оси абсцисс в направлении «на три часа».
Так, в диаграмме на рис. 2.1. вектор тока «отстает» от вектора напряжения. Эта диаграмма изображает взаимосвязь их на участке цепи с преобладающим индуктивным сопротивлением – индуктивной нагрузкой.
На рис. 2.1. вектор тока «опережает» вектор напряжения, т.е. здесь – цепь с преобладанием емкостного сопротивления – емкостной нагрузки.
По принципу векторных диаграмм изображаются «треугольник мощностей» или «треугольник напряжений или тока. На рис. 2.1. – «треугольник мощностей» некой электросети. Р – вектор показывает активную мощность, расходуемую на механические работы и на нагревание (в том числе и на тепловые потери в сети и магнитоприводах).
Рис. 2.1.
На судне величина полезной мощности определяется по показанию щитового киловаттметра:
«Q» — вектор перпендикулярный, Р – вектор – это реактивная мощность, расходуемая на реактивных сопротивлениях в сети. В отличие от активной, «полезной» мощности, реактивная мощность не создает механических воздействий.
Как правило она не измеряется судовыми приборами. Но доля реактивного тока – одна из составляющих мощности, вместе с величиной активного тока измеряется щитовыми амперметрами.
Геометрическая сумма обоих мощностей – «S»-вектор – представляет полную мощность, отдаваемую в сеть первичными двигателями для всех электромагнитных и механических нужд приемников энергии.
Величина ее либо определяется по показаниям щитового киловаттметра (где они установлены) либо как произведение величин тока по амперметру на напряжение в сети по щитовому вольтметру.
Следующие две диаграммы важны для понимания процессов в генераторах в момент их включения для работы «в параллель».
Имея понимание о них можно довольно точно определить причины неудачного включения, результатом которого может стать обесточивание судна или повреждение робота генератора.
На рис. 2.1. представлено соотношение векторов напряжений при выполнении всех условий синхронизации кроме равенства напряжений. Напряжение генератора, работающего на сеть, обозначено «Y» и равно номинальному. Примите к сведению, что генератор нагружен некоторым током, не указанным в диаграмме, в которой есть и активные и реактивные составляющие.
Только что подключенный, еще не имеющий токовой нагрузки второй генератор, имеет напряжение «Y2» — выше номинального.
На диаграмме видна разность напряжений «vp», которая вызывает уравнительный ток «Іур». Он перпендикулярен разностному напряжению и (вектору его) и векторам обоих генераторов.
Это свидетельствует о его реактивности и о том, что он не вызывает никаких механических усилий в генераторах и первичных двигателях. Но он имеет какую-то величину, которая дополняет уже существующий ток первого генератора.
Уравнительный ток для первого генератора будет иметь емкостный характер и будет подмагничивать генератор, повышая его напряжение. Для второго (уже перевозбужденного) будет иметь индуктивный характер – будет снижать напряжение. Оба напряжения сравниваются на уровне номинального, если, конечно системы регулирования напряжений исправны.
Но вот величина общего тока в первом генераторе и быстрота его снижения за счет снижения разности напряжений может оказываться выше уставки реле тока перегрузки. И длительность его воздействия может оказаться дольше времени, за которое перегрузки отключает АВ генератора от сети. В таком случае возможно обесточивание судна.
Отключение генератора может случиться если допустимое (по документации) несовпадение напряжений вызвано небрежностью оператора при ручном включении или отказе в корректоре напряжения подключаемого генератора до или в момент включения.
Диаграмма рис. 2.1. (д) – генератор подключен при значительном расхождении частот сети и подключаемого генератора.
В этом случае разность напряжений вызывает уравнительный ток, несущий активную составляющую. Это составляющая будет оказывать ускоряющее действие на приводной двигатель с более низкой частотой генератора, а на другой – тормозящее.
Это действие будет продолжаться покуда частоты машин не сравняются. Машина с меньшей частотой с ускоряющим моментом вращения будет втягиваться в синхронизм).
Особенно опасно включение на несовпадающих частотах для целостности явновыраженных полюсов генератора, именно из-за вызванных током механических усилий.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Закономерностью этого рода соединений является равенство напряжений на выходных клеммах сеточников электроэнергии и входных клеммах приемников электроэнергии соединенных таким способом. На основе этой закономерности созданы стабилизатора напряжений разной конструкции и назначения в любом роде тока, источники нестандартных напряжений, также применяются схемные решения для систем регулирования.
Принцип стабилизации напряжения в электронных схемах.
Известно, что при переменных нагрузках напряжение судовой сети колеблется. Величина колебаний, кратковременных (не более 5 сек.) и длительных определяется Правилами классификации морских (речных) судов. Отдельные, используемые на судах приемники электроэнергии же требуют для работы устойчивого напряжения.
Приемник, напряжение на входе которого должно оставаться неизменным (основная цепь), подключается параллельно электрическому изделию или схеме (стабилизирующая цепь). При изменениях сетевого напряжения сопротивление в ней изменяется так, что падение напряжения на ней сохраняет величину, как при номинальном напряжении. Сопротивление основной цепи неизменно, а ток в ней при возрастании сетевого напряжения не меняется за счет того, что «избыточный ток» устремляется по стабилизирующей цепи, имеющей в этот момент меньшее сопротивление. В схемах для этих целей используют электронные изделия (приборы) стабилитроны, включаемые обратно приложенному напряжению. Могут встречаться и электромагнитные стабилизаторы. Это уже более сложные схемы из нескольких изделий. Отказ любого из них приводит к общему отказу стабилизации напряжения.
«Промежуточные напряжения. Получение «ползучих скоростей» в машинах постоянного тока».
На судах с собственными грузоподъемными устройствами продолжают использовать электроприводы постоянного тока. В таких приводах для обработки грузов с максимальным весом при малых скоростях – перед постановкой груза на опору (причал, палубу и т.п.) используется так называемая «ползучая» характеристика или «ползучая» скорость.
Подобная скорость вращения электродвигателя обеспечивается включением его по определенной схеме.
Известно, что безаварийной работы электродвигателя требуется обеспечение «падения напряжения» на нем близким по величине приложенному напряжению. Собственное сопротивление обмоток, через которые проходит номинальный рабочий ток весьма мало, и обеспечить это «падение напряжения» не может. Большую, в десятки раз, долю этого «падения» обеспечивает противоэдс в обмотках, при вращении их в магнитном поле. Ели двигатель работает на естественной характеристике – при номинальном напряжении и частоте вращения, соответствующей приложенной нагрузке, то и вырабатывается необходимая проитвоэдс.
Если приложенное напряжение понизить, оставив неизменным вращающий момент на валу – соответствующий нагрузке – то нужное проитвоэдс образуется на более низкой скорости вращения.
Схемой предусматривается получение пониженного напряжения, подключаемого к якорю двигателя в виде падения напряжения на параллельно подключенном сопротивлении. Необходимый вращающий момент обеспечивают изменением схем питания обмоток возбуждения электродвигателя.
Такими схемами обеспечивается «ползучая» скорость. Машин постоянного тока.
Во многих электронных схемах управления, информации и т.п. для получения различной величины напряжения питания блоков, входящих в общую схему электронного устройства, используется падение напряжений на реагент последовательно включынных сопротивлений (резисторов). Они включаются в цепь положительного или отрицательного знака, отходящих от выпрямительного устройства блока питания. Изменения сопротивления в термо-, фото-, пьезо – резисторах подключаемых параллельно входам усилительных или преобразующих блоков служат командными (управляющими сигналами) для работы устройств.
К ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ СОЕДИНЕНИЮ
Все электромеханические элементы с помощью которых производится включение приемника электроэнергии подключены параллельно друг к другу. Как бы они пространственно не располагались на судне. Например, пускатель пожарного насоса может быть включен со сменного поста управления (на корпусе пускателя или рядом смонтированном боксе) с дистанционных ручных, также кнопочных постов на ходовом мостике, в центральном посту управления в машинном отделении, в центральном пожарном посту или иных предназначенных помещениях. Также может включатся автоматически контактами пусковых реле центральных блоков станций сигнализаций о пожаре – общесудового контроля и контроля за возгораниями в машино-котельном отделении.
Повреждение любого из названных контактов или цепей, их соединения не препятствуют включению пожарного насоса из других точек, если не повреждены их соединительные цепи.
Все пусковые, вышеназванные элемент, после включения пускателя шунтируется блок-контактом пускателя, образуя с его помощью цепь подачи электроэнергии к электромагнитной катушки пускателя. К сведению, если пускатель самопроизвольно отключился после прекращения действия на включающий элемент (убрали палец с кнопки, отключили блок в станции сигнализации о пожаре), то следует искать повреждение в цепи питания электромагнита, в блок-контакте скорее всего.
В логических схемах подобное соединение выполняется блоком «ИЛИ».
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Особенность такого соединения – одинаковость величины тока во всех участках его повреждения в любой из точек, повреждение цепи в любой точке ведет к прекращению тока или (в зависимости от вида повреждения) изменению его величины. Напряжение на каждом участке пропорционально величине сопротивления этого участка. На судах последовательно соединены электролампы в цепи сигнала «не могу управляться». Это сделано для возможности контроля за одновременностью горения этого двухлампового сигнала. Контролирующая ток цепи ламп реле включает на мостике звуковой сигнал при прерывании тока – то есть перегорании любой из ламп. На судах с электродвижением последовательно соединяются и гребные электродвигатели. В батареях гальванических и аккумуляторных батареях для получения стандартных напряжений используется последовательное включение аккумуляторов или элементов. Чтобы предотвратить переход элемента или аккумулятора из режима источника питания в режим приемника электроэнергии проверяют величины напряжения на их клеммах.
Большинство современных кислотных батарей не позволяет контролировать напряжения на каждом из составляющих их аккумуляторах. В этом случае проверяется общее выходное напряжение, сверяя которое с рекомендованными (предписанным заводом изготовителем) определяют пригодность батареи к дальнейшей работе.
В электроприводах грузовых и швартовочных механизмов для изменения скорости вращения машин в цепи силового тока и цепи возбуждения применяют последовательное соединение сопротивлений – машинах постоянного тока и машинах переменного тока с фазным ротором.
Запомните, механические контакты, электронные элементы отключающие источник питания или приемник энергии включены последовательно.
О ПОДКЛЮЧЕНИИ ТРЕХФАЗНЫХ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В трехфазных сетях приемники подключаются к источникам питания способом «звезда» рис. 2.2. или «треугольник» рис. 2.3.
Рис. 2.3. Способ соединения «треугольник»
Указанными способами подключаются фазные обмотки электрических машин и группы однофазных приемников.
В клеммных коробках электродвигателей выводы фазных обмоток могут быть выведены либо все шесть (три начала, три конца) на клеммной коробке, либо три начала обмоток.
Концы обмоток соединены вместе уже внутри машины и недоступны для подключения. Машины с шестью выводами на колодке могут быть подключены способом «треугольник» в сети более низкого напряжения (например, 230 В), и присоединении в «звезду» к более высокому напряжению (380-440 В).
На паспортных табличках или в документации на такие машины указываются величины допустимых в каждом случае напряжений.
Машины с тремя выводами подключаются к сети только указанного в документации напряжения.
Обращайте внимание на подключение нагревательных элементов в нагревателях разного рода. Элементы, соединяемые способом «звезда» рассчитаны на более низкое напряжение, чем элементы соединяемые в «треугольник».
При подключении машины с шестью выводами по способу «звезда» все выводы на любой из сторон клеммной коробки соединяются перемычкой. Сечение меди перемычки должно пропускать номинальный ток машины не нагреваясь.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И КОНТАКТОРЫ
Принципиальное сходство обеих приборов это их способность коммутировать силовые цепи, наличие токоведущих размыкающихся контактов и понятие их регулировки (провалы и растворы). Принципиальное различие в том, что удержание контактов в замкнутом состоянии у АВ осуществляется механической рамкой, состоящей из нескольких, связанных между собой рычажков. При включении АВ «рамка» расправляется, рычажки образуют напряженную, устойчивую к вибрациям конструкцию (рис. 2.4.).
Рис. 2.4. АВ во включенном состоянии (принцип удерживания – механический)
При воздействии на один из рычажков «рамки» бойка, связанного с магнитными системами реле АВ, напряженность конструкции – системы пропадает. Она перестает упираться и контакты под действием отключающих пружин, размыкаются за очень короткое время – доли периода синусоиды переменного тока. Это важно для ограничения величины разрываемого тока КЗ.
В контакторах удерживание размыкающихся контактов в замкнутом состоянии осуществляется силой катушки электромагнита на «ярме» железа контактора (рис. 2.5., 2.6.). При разрыве цепи катушки эта сила исчезает и контакты размыкаются силами отключающих пружин. Быстрота разрыва здесь меньшая, чем у АВ, и скорость размыкания влияет только на целость контактов.
Рис. 2.6. Якорь из-за загрязнений в зазоре или перекоса направляющих не может перемкнуть яром при подаче питания на катушку электромагнита
Так как блок подвижных контактов располагается или связан с «якорем» т.е. подвижной частью магнитопровода, то для надежного их соединения удерживающая и притягивающая сила электромагнита должна практически не изменяться во весь срок работы контактора.
Особенно важна безотказность работы в станциях управления погрузочными средствами при работе им в портах.
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
Особенностью синхронных машин является то, что к обмоткам их роторов подводится постоянный ток. Таким образом, ротор тановится постоянным магнитом. При вращении его внешним первичным двигателем машина становится генератором. Если же на обмотке статора машины поступает переменный многофазный ток (трехфазный), образующий вращающийся магнитный поток, то магнитное поле ротора, сцепляясь с бегущим полем статора, заставляет ротор вращаться с такой же скоростью. Машина становится двигателем. Такую машину называют синхронным двигателем.
На судах синхронные двигатели широко применяются в схемах электродвижения и в роли синхронных компенсаторах индуктивного тока в сети, что позволяет практически полностью загружать генераторы полезным активным током.
Магнитное поле ротора вызывает в статорных обмотках машин электродвижущую силу. Ее величина прямо пропорциональна произведению величин магнитной индукции в воздушном зазоре между ротором и статором, длине проводника, пересекаемого полем ротора – то есть длине стороны секции фазной обмотки на статоре, и скорости пересечения ее магнитным потоком ротора. Причем, из этих составляющих произведение на величину ЭДС оказывают влияние величины индукции и скорость пересечения. Из них наибольшую роль играет величина индукции. Роль скорости пересечения меньше, так как частота сети стандартизована, изменение скорости пересечения – скорость вращения ротора генератора первичным двигателем – может отклоняться в узких заданных пределах.
Величина ЭДС таким образом изменяется в основном по средствам изменения магнитной индукции – величины тока в обмотке ротора, который создает индукцию.
Так как ток сети переменный, все электромагнитные катушки к сети подключенные, в том числе и обмотке статора генератора, в полном токе, отдаваемом генератором приемником, содержат составляющую – индукцию.
Изменение тока возбуждения в роторе изменяет не только величину ЭДС в статоре, но и изменяет реактивность тока статора. Так, для генератора, увеличение тока ротора – перевозбуждение машины делает ток более индуктивным по характеру снижается косинус «Фи» (видно по щитовому прибору) соответственно снижает возможность повысить полезную нагрузку на генераторе.
Перевозбуждение генератора делает полный ток емкостным, компенсируя индуктивность цепи. Будь у генератора единственный приемник, не ограниченный значением напряжения, такое регулирование реактивности было бы достаточным. Поэтому для компенсации индуктивных токов в сеть включают синхронный двигатель, работающий на холостом ходу, с регулировкой его возбуждения.
У синхронного двигателя влияние возбуждения (потока ротора) обратны генератору. То есть при увеличении потока – перевозбуждение двигателя – то в сети питания получает долю емкостной нагрузки, компенсирующей часть индуктивной.
При недовозбуждении же двигателя – ток становится более индуктивный.
Регулированием возбуждения двигателя добиваются полной компенсации индуктивного тока нагрузки при всех вариантах включения приемников. Косинус «Фи» на приборе становится равным единице – сети чисто активный ток.
На судах применяют такие компенсаторы – синхронные – как правило начиная с некоторых мощностей. Вынужденное применение синхронные компенсаторы имеют на судах с валогенераторами, генератор в ходу на волне работает при нестабильных оборотах, т.е. с переменой частотой, выходящей за допустимые нормы. Поэтому вырабатывая напряжение, сначала подвергается выпрямлению, обращению в постоянный ток в полупроводниковых выпрямителях, а затем снова обращается в переменное со стандартной частотой.
Повторные преобразователи (инверторы), не имеющие магнитных систем с обмотками не принимают реактивных токов – только активные. Поэтому, для возможности работы валогенератора на сеть и параллельно с другими генераторами с помощью синхронного компенсатора в сети поддерживается чисто активный ток.
Синхронные двигатели подключаются к сети с предварительным раскручивания до подсинхронного числа оборотов, после чего включаются в обмотку возбуждения и ротор «втягивается в синхронизм». Для разгона используется внешний приводной электродвигатель, который после синхронизации компенсатора должен быть выключен. Но, могут быть машины с собственной пусковой короткозамкнутой обмоткой.
ПРИВОДНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Практически во всех приводах судовых механизмов применены короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. В приводах механизмов, работающих с переменными скоростями и контакторным управлением применяют многоскоростные двигатели. В некоторых (как правило для швартовых механизмов) двигатели с фазным ротором, которые при контакторном или контроллерном управлении обеспечивают высокую плавность изменения скорости.
Современные машины имеют хорошее качество изоляционных материалов и не нуждаются в частом обслуживании. Подшипники машин снабжаемые высокотемпературными и нагрузостойкими смазками могут практически работать без осмотров весь срок службы, то есть 8-11 тыс. часов наработки.
Электродвигатели с фазным ротором имеют проволочную фазную обмотку и токопереходы вида «кольцо-щетка». Основное обслуживание по времени и периодичности обслуживания требует этот узел. В станции управления такой машины следует обращать повышенное внимание на состояние соединений между сопротивлениями, включаемыми в цепь ротора при изменении скорости вращения вала. В соединениях выполненных методом сварки или пайки твердым припоем периодически появляются трещины. Обнаруженные трещины нужно немедленно устранять.
Двигатели пускаются в ход обычно прямым подключением к источнику питания (прямой пуск). Машины с большими инерционными массами ротора или привода пускают при пониженном напряжении. Понижение напряжения осуществляется либо подключением в цепь реактивных сопротивлений (катушек), либо переключением обмоток статора с соединения «треугольник» (обычный режим длительной работы» в схему «звезда» (на время пуска).
На судах – это наиболее применяемый способ пуска.
Типовая схема пуска состоит из контактора, соединяющего обмотки в «звезду», реле выдержки времени (оно переключает контакторы) и контактора, переключающего обмотки в схему «треугольник». В случае переключения схемы, двигатель отключается по средовом реле перегрузки по току в силовой цепи. Переключение происходит по причине повреждений в цепи управления (сгорел предохранитель) или повреждения реле выдержки времени.
Работоспособность этой простой схемы важна, так как названным методом включаются приводы грузовых насосов, преобразователей тока или напряжения, насосы гидравлических грузоподъемных механизмов.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ, РАСПОЛАГАЕМЫЕ НА ОТКРЫТЫХ ПАЛУБАХ
Электродвигатели швартовочных механизмов, грузовых лебедок и некоторых типов кранов (незащищенные от погодных воздействий) в своей конструкции имеют в нижней части корпуса отверстие для спуска конденсата, закрытое резьбовой пробкой с уплотняющим кольцом. Подобные пробки имеются в нижней части корпуса пристроенных к машинам дисковых тормозов.
Периодически, по крайней мере дважды в год, следует откручивать пробки, спуская накапливающийся конденсат. Если в отдельных машинах, расположенных в одинаковых условиях – по высоте над палубой, например, конденсата не обнаружится, то проверьте «на вкус» конденсат машин в которых он был. Солоноватый вкус свидетельствует о нарушении каких то уплотнений в корпусе или лабиринтных уплотнений на валу и крышке подшипника.
После проверок не забудьте закрыть пробки.
Уплотнительные шайбы пробок делают из свинца или отожженной меди. Менее надежны резиновые.
Машины, с солоноватой жидкостью перед переходами целесообразно герметизировать снаружи по линиям разъема машин и крышек клеммных колодок герметиком или «густотертой краской». Теми же составами герметизируйте окружность вала в месте его вход под крышку подшипника.
При осмотре машины с полной разборкой (как правило при ремонте судна) выявите и устраните места проникновения наружной воды. К сведению, спусковые пробки имеются также в корпусах «компенсационных коробок», кабельных трасс на верхней палубе. На судах, где они есть, обслуживают их подобным, вышеназванным способом и в те же сроки.
О СТАНЦИЯХ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСКОРОСТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
В схемах управления приводами с многоскоростными двигателями для автоматизации последовательности включения скоростных обмоток использованы реле выдержки времени.
Реле эти могут быть электромагнитные, часовые, электромоторные, демпферные и электронные.
Наиболее распространены электромагнитные. Время притягивания якоря реле к ярму практически одинаково. Время отлипания якорей различно и зависит от толщины медных прокладок, закрепляемых на якоре со стороны ярма. В станциях грузовых лебедок и электромеханических кранов – приводы с наиболее интенсивным числом переключений, примерно два раза в год происходит обрыв одной или двух прокладок на восемь станций. При этом, в момент перемены скоростных обмоток привод обесточивается своими токовыми реле из-за всплеска тока в цепи.
Уделите при осмотрах станций внимание креплению пластин и целости самой наружной пластины, которая обрывается чаще. Проверьте наличие в ЗИПе станции наличие комплекта пластин
О ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТОРМОЖЕНИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Из трех видов торможения электродвигателей только динамическое торможение снижает скорость вращения машины до нуля.
В ряде приводов грузовых устройств переменного тока оно применяется непосредственно перед наложением механического тормоза при опускании груза. В цепи динамического торможения непременного имеется разрядное сопротивление. Уделяйте особое внимание этой цепи торможения (если она имеется в схемах грузовых устройств вашего судна), поддерживайте целость цепи. При ее обрыве возможны механические повреждения оснащения лебедок.
О КОЛЬЦЕВЫХ ТОКОПЕРЕХОДАХ КРАНОВ
При осмотрах кольцевых токопереходов обращайте внимание не только на чистоту и плотность контактной поверхности, но и на равенство расстояний между краями щеткодержателей и поверхностью колец во всех фазных линиях. Изменение расстояний между щеткодержателями и кольцами по высоте раскрепления щеткодержателе свидетельствует о начавшемся наклоне башни крана и ее площадкой опоры. До устранения этого наклона (перекоса) смещайте щеткодержатель, чтобы не допустить контакта его с поверхностью кольца.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЕ С ВЫДЕРЖКОЙ ВРЕМЕНИ В ЦЕПЯХ ДАТЧИКОВ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
Жидкость, находящаяся в танках, во время качки судна постоянно изменяет свой уровень в незначительных пределах, поэтому датчики нижнего уровня, включающие подкачивающие насосы, во избежание излишних включений их, снабжаются промежуточными реле с выдержкой времени. Контакты датчиков при качке периодически размыкаемые колебаниями жидкости, размыкают цепь катушки электромагнита реле. Обесточенный электромагнит замыкает цепь катушки пускателя и включает электродвигатель насоса, пополняющего танк.
Чтобы избежать таких частых включений, катушка реле снабжается цепью задержки обесточивания. Цепь эта, в простейшем случае состоит из конденсатора и регулируемого сопротивления, соединенных последовательно и подключенных параллельно катушке. Такая цепь даже при емкости конденсатора в десятки микрофарад обеспечивает выдержку времени, т.е. удержание электромагнита и контактов реле в замкнутом состоянии после его обесточивания. В цепь датчиков уровня, размыкаемых качкой, на большее время включают моторное реле, обеспечивающее выдержку времени на десятки секунд.
Время срабатывания реле после размыкания цепи датчика регулируется снаружи корпуса реле.
Моторные реле разных фирм-изготовителей имеют разные габариты, разные величины токов в своих механизмов, но выходят из строя довольно часто при рейсах в штормовых условиях в течение длительного времени. Поэтому обычно дается в запас фирмой по нескольку однотипных реле.
Подключение их в схему втычное с защелкой, предотвращающее выпадение от вибрации. Поэтому замена не сложна.
При замене выбирайте реле одинаковое по типу (марки на корпусе). Сверьте величины напряжения реле и тока его контактов.
Вышеупомянутая простейшая схема (рис. 2.7.) может выручить при отсутствии нужного реле. Зная величину сопротивления катушки и тока через нее (все на табличке катушки электромагнита) позволяет вычислить величину выдержки времени, обеспечиваемую схемой в зависимости от величины емкости конденсатора.
Рис. 2.7.
ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Работы с осветительным оборудовании заключаются в облуживании токоведущих элементов и корпусов светильников, а также выключателей и розеток.
Все стационарно установленные светильники заземляются на конструкции судового корпуса, посредством медных перемычек. Их состояние проверяется при профилактических осмотрах. Переносное электроосветительное оборудование, включая каютные настольные лампы, заземляются через третью жилу соединительного кабеля (провода) которая заземлена внутри розетки на корпус.
Защитное секло отсутствует на каютных настольных лампах и переносных грузовых люстрах, которыми пользуются во время периодических работ.
Во всех светильниках выделяется много тепла при работе. Поэтому внутренняя проводка в светильниках, как правило, со временем пересыхает и грозит внутренним КЗ. Поэтому, при обслуживании участки с пересохшей, осыпающейся изоляцией подлежат изолировке лентой или изоляционными трубками.
Рис. 2.8.
Светильники с трубчатыми люминесцентными лампами составляют большую часть осветительного оборудования современных судов и во внутренних помещениях и в наружных пространствах. Они наиболее сложны по числу токоведущих элементов. На рис. 2.8. представлена электрическая схема светильника.
Принцип работы
Электрическая цепь исправного, отключено от сети светильника следующая:
- Жила «1», одна из спиралей люминесцентной лампы,
- Клеммы и контакты стартера, вторая спираль лампы,
- Обмотка стартера и клеммы, жила «2».
Если «тестером» в позиции измерения сопротивления проверить цепь между жилами 1 и 2, то прибор покажет некоторую величину сопротивления. Если «0», то в цепи обрыв. Чаще всего он возникает в контактах стоек ламп и клеммах фиксации стартера. При включении исправного светильника ток идет по выше названной цепи. Спирали нагревают лампу и содержащееся в ней вещество превращается в электропроводный пар. Контакты стартера, нагреваясь, размыкаются, и в лампе возникает импульс повышенного напряжения, «зажигающего» в паровой элекропроводящей среде лампы электрический разряд. Его свечение вызывает свечение люминофора на внутренней поверхности стекла лампы.
Дроссель служит реактивным сопротивлением разряда в лампе.
Если при целой цепи светильника ламп не зажигается – снимите стартер. При «мигании» лампу следует заменить.
Люминесцентные лампы с «витыми трубками»имеют пристроенный блок зажигания сопротивления, и ввертываются в стандартный патрон 27 или 14 мм. Такими лампами можно заменять лампы накаливания в жилых и служебных помещениях для экономии активной мощности электростанции.
В машинных отделениях, производственных помещениях такая замена не рекомендуется из-за особенностей света ламп.
«Ртутные» и «натриевые» лампы интенсивного освещения пространств-палуб МКО, трюмов имеют стартерные устройства со штатными конденсаторами.
Лампы имеют резьбовые патроны диаметром 40 мм. (название «Голиаф»). Некоторые неудобства при их замене вызывают нередкие несоответствия стартерным устройствам, если последние, при всех сходных параметрах, изготовлены другой фирмой, чем те, что установлены на судне с постройки, лампы не зажигаются поле замены стартера.
Чтобы обеспечить гарантированное включение ламп, рекомендуется заранее подготовить – проверить зажигание на испытательном щите электромастерской – несколько пар лампа-стартер разных мощностей. Эти пары хранить и заменять вместе.
При использовании ламп интенсивного освещения с пристроенными пусковыми устройствами вместо ламп с отдельным стартером, нужно переключить патрон светильника «на прямую» в цепи питания.
Имеются лампы «прямого включения и пуска». Они не требуют стартерных устройств. Такие лампы при высокой светоотдачи выделяют в светильниках много тепла.
Корпуса светильников (наружного, палубного, трюмного) освещения периодически повреждаются коррозией. Прогнившие места целесообразно заделывать стальными, дюралевыми латками на винтах или заклепках.
На место наложения целесообразно намазывать слой для водонепроницаемости клеящих мастик типа «пластик-стил» или «пластик-аллюминий» в зависимости от материала корпуса светильника.
Принцип ввода кабеля в светильник изображен на рисунке 2.9.
Кольцо сырой резины закладывается при работе о светильниками наружного освещения и в помещениях с влажной атмосферой. Наружная гайка затягивается так, чтобы сырая резина выступила в зазоре между гайкой и кабелем.
Рис. 2.9.
О ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ
Если на паспортной табличке или на корпусе какого-либо электрооборудования вы увидите знак "Ех" ,то перед вами взрывозащищённое электрооборудование. Обслуживание его имеет особенности, о которых надо знать . Вышеупомянутый знак — это ОБЩИЙ знак взрывозащищённости. По конструкции, по виду ил и способу .которые делают изделие безопасным для применения во взрывоопасной среде, оборудование подразделяется на несколько типов. Каждый из них имеет условное буквенное, обозначение, которое в документации, паспортной табличке или на корпусе соседствует с о знаком общим "Ех".
"о" — маслонаполненное электрооборудование. Это наполнение не позволяет взрывоопасной среде проникнуть внутрь изделия.
"р" — оборудование под избыточным давлением внутри корпуса. Давление создаётся внешним источником. Изделие снабжено реле, которое отключает оборудование от электропитания в случае начавшегося снижения давления внутри оборудования. О но же не позволяет подать питание снова, пока давление не будет достигать заданной величины. " " — наполненное кварцевым песком. В случае аварийного тепловыделения на токоведущих частях внутри изделия, перегорания или короткого замыкания, выделившейся сквозь песок энергии будет недостаточно дня взрыва опасной среды.
"е" — взрывобезопасное электрооборудование. Обладает прочным массивным корпусом, стойким против возможного внутреннего взрыва, попавшей в изделие опасной среды. Кроме того, оборудование снабжено конструктивными калиброванными зазорами, как правило в местах разъёмов изделия на составные части. Выходящие продукты взрыва через них способствуют сохранению прочности изделия, а главное, снижают температуру выходящих газов до не вызывающего взрыва уровня.
" " — "искробезопасное оборудование. Энергии искры, которая появляется в токоведущих частях его, как в рабочем, так и в аварийном режиме, не достаточно, чтобы вызвать взрыв в окружающей среде. Ограничение тока в цепи изделия достигается введением в цепь сопротивления ,заранее рассчитываемого для каждой из взрывоопасных сред. Сопротивление находится в безопасном с точки зрения взрывоопасности.
Поскольку разные газы и взрывчатые папы жидкостей или сыпучих тел имеют разные температуры вспышки, то на электрооборудовании, дополнительно к знакам вида взрывозащиты ставится знак среды применимости изделия. Он выполнен в виде буквы "Т" с ЛАТИНСКИМИ цифрами рядом. Из приведенной краткой информации сделайте практические выводы для работ со взрывозащищённым электрооборудованием. При проведении регламентного обслуживания оборудование не нарушайте предписанного состояния взрывозащищённости:
— уровень масла, его тип и качество, марка и форма уплотнительного материала долина всегда соответствовать требованиям, изложенным в техдокументации на изделие. Ищи в "электротехнических"папках.
— давление нагнетаемого воздуха в оборудовании не должно нарушаться загрязнениями или повреждениями воздуховодов, уплотнений, повреждением корпуса. Борьба с подобными явлениями хорошо известна каждому механику, потому способы — знакомы. Не льзя изменить вставку защитного реле давления. Периодически, когда в помещениях с оборудованием такого вида взрывозащиты нет опасной среды, целесообразно при работающем оборудовании проводить проверку срабатывания реле. Снижая давление внутри оборудования, наблюдайте, при каком давлении произойдёт отключение оборудования и сверьте показания с предписанными. При отклонениях отрегулируйте реле или замените запасным ТАКОГО ЖЕ ТИПА И ИСПОЛНЕНИЕ по взрывозащите.
— при обслуживании взрывобезопасного оборудование уделите особое вниманий неизменности размеров и свободе от загрязнений рабочих зазоров. Их нельзя закрашивать, а тем более ГЕРМЕТИЗИРОВАТЬ оборудование, что иногда и нередко делается по недоразумению процессов взрывозащиты. Если на прокладках в уплотнениях обнаруживаются вмятины — это признак того, что зазор уменьшился. Такие прокладки следует заменит запасными. Наиболее широко применяются на судах взрывозащищённые светильники. У них необходимо также проверить состояние стекла, стёкла с трещинами, сколами по разъёму — он же представляет собой одну из поверхностей рабочего зазора — необходимо заменять. В ЗИПе такие стёкла имеются вместе с прокладками по одному на светильник.
— обслуживание искробезопасного оборудования состоит в очистке его элементов от загрязнений и проверки работы по предписаниям тех приборов, в состав которых они входят. Отказавшее оборудование необходимо заменять вместе с токоограничивающим сопротивлением, если иного не приписывается инструкцией по обслуживанию.
Искробезопасное оборудование маломощно по принципу своей конструкции и применяется в виде датчиков сигналов. В составе схемы устройства, использующего искообезопасные датчики, в их цепях существуют разделительные трансформаторы .Вывод трансформатора (одна жила) припаянный к "земле" схемы, не являете выводом какой либо катушки. Он идёт от обкладки механически раздеющей обмотки разных напряжений. Между этим выводом и обмотками неповреждённого трансформатора электрических контактов нет, что и проверяется омметром при осмотрах.
При ремонтах, связанных с демонтажем взрывозащищённого оборудования, возвращайте оборудование на прежние места, не путайте од одинаковые по внешнему визу и назначению изделия. Проверяйте каждое изделие по условным обозначением перед демонтажем и перед установкой на штатное место. Того же правила держитесь при заказе нового, взамен отказавшего. На получаемом оборудовании ВСЕ знаки взрывозащиты ("Ех", "знак типа" и «Т» с такой же цифрой) должны быть идентичные. При разности в цифре у буквы "Т" оборудование не брать, т.к. оно предназначено для другой взрывоопасной среды. Оборудование, которое безопасно работает в одной из сред, может оказаться опасным и вызвать взвыв — в другой.
При заказе взрывозащищённого оборудования требуйте письменного согласия на замену от судовладельца. Ко всем требованиям заводских инструкций на системы, использующие взрывозащищённое оборудование на само оборудование отнеситесь серьёзно. Пропущенный срок проверки, неправильно или небрежно выполненный замер, может стать причиной опасностей судна.
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Наиболее распространены элементы — сопротивления, выделяющие тепло при прохождении тока в них.
При замене элементов внимательно ознакомьтесь со схемой их соединения и параметрами тока и напряжения. Частой ошибкой при замене отказавшего элемента является ошибочное включение. Т.е. сопротивление предназначенное к включению "в звезду" включают "в треугольник" или наоборот. В первом случае сопротивление быстро сгорает. Во втором — нагревательный прибор не дают предписанной теплоотдачи. Из нагревательных элементов электрооборудования камбуза наибольших забот требует электросковорода, если с ней работают небрежно и если нет запасных штатных спиралей.
В случае необходимости навивать новую спираль на судне, надо иметь проволоку из того же материала и того же диаметра, какой указан для спирали в документации. В этом случае навитая спираль будет равна по общей длине и мощности штатной спирали и будет служить достаточно долго.
ТЕЛЕФОНИЯ
Телефоны парной связи (между командными постами и постами управления) достаточно безотказны. Обслуживание их контактных соединений в аппаратах проводите по рекомендации завода-изготовителя.
В системе автоматической телефонной связи (вспомогательного и бытового назначения) характерны неполадки в виде отключении отдельных аппаратов (отключение автоматическое) из-за не положенной на место или ворошенной трубки. При обслуживании — замена микрофонного капсюля одного сопротивления (к примеру 45 Ом) с другим сопротивлением не допускается.
В релейных телефонных станциях частые «неположения трубок на место» ведут к отказам цепей вызова абонента.
Повышенная величина тока, безопасная при аккуратном пользовании аппаратами, вызывает потерю жесткости у контактных пар реле станции, что ведет к потере контакта и разрывам цепи связи. Обслуживайте в соответствии с требованиями, изложенными в документации станции. Запасные элементы аппаратуры автоматических телефонных станций поставляются фирмой-изготовителем станций и имеются в судовом ЗИПе.