В схеме использованы путевые выключатели серии ВПБ14 [17], предназначенные для коммутации цепей управления электромагнитных аппаратов, подключаемых к их выходу при номинальном напряжении питания 24 В постоянного тока. Коммутация осуществляется под воздействием внешнего управляющего элемента или непосредственно контролируемого объекта в определенных точках пути при их относительном перемещении и при отсутствии механического воздействии на выключатель.
Типоисполнение примененных путевых выключателей ВПБ14205-330220-0М1: невстраиваемый, ток нагрузки 0,25 А; специальный корпус с расположением чувствительного элемента на верхней плоскости корпуса, диаметр чувствительного элемента 30 мм, с операцией «выключение», выход на постоянном токе р-п-р, климатическое исполнение и категория размещения 0М1, с контактной камерой.
Устройство примененного выключателя приведено на рис. 2.
Чувствительный элемент 1 установлен на верхней плоскости корпуса 2. Выходы схемы, выполненной на печатной плате 7, соединены с тремя винтовыми зажимами 4, к которым подключены внешние провода, проходящие через уплотнительную втулку 6. После осуществления электрического монтажа крышка 5 крепится к корпусу четырьмя винтами 3.
Рисунок 2 - Общий вид и конструкция выключателя ??~ с контактной камерой
Структурная схема выключателя приведена на рисунке 3
Рисунок 3 - Структурная схема выключателя, осуществляющего операцию «выключение»
По физическому принципу действия выключатель ВПБ14 является индуктивным. При отсутствии управляющего элемента DC-генератор генерирует колебания высокой частоты. Под воздействием управляющего элемента амплитуда колебаний уменьшается с изменением индуктивности DC-генератора и по достижении порога срабатывания триггером последний изменяет соотношение на противоположное. Сигнал с триггера усиливается выходным каскадом-усилителем. Нагрузкой усилителя является электромагнитное реле, при этом усилитель осуществляет согласующие функции - см. рис.4. Для защиты ВПБ при отключении реле и возможных перенапряжений при этом служит диод V2. Для защиты ВПБ от неправильного включения полярности источника постоянного напряжения в схему введен диод V3.
Рисунок 4 - Схема подключения электромагнитного реле и ВПБ14
Рисунок 5 - График зависимости точки срабатывания ВПБ от расстояния воздействия управляющего элемента
График зависимости положения точки срабатывания выключателей от расстояния воздействия управляющего элемента приведен на рис.5.
Мощность, потребляемая выключателем, составляет более 0,24 Вт. Минимальные размеры управляющего элемента - 45Ч45Ч1 мм. Использование ВПБ14 вместо контактных конечных выключателей, действительно, повышает надежность.
Носовая и кормовая лебедки передвижения крышек трюмов служат для открывания (закрывания) первого, второго и третьего, четвертого трюмов соответственно.
Электроприводы лебедок - адекватные нерегулируемые реверсивные одиночные приводы, поэтому описан один из них - электропривод носовой лебедки.
Управление приводом ограничивается пуском (остановкой) электродвигателя М1 (М10/5) - подключением (отключением) его к шинам ЩП1 - с помощью реверсивного магнитного пускателя КМ1 (М10/1), кнопочного поста управления SB1 (М10/11) и пакетных выключателей SA1 (М10/3) и SA3 (М10/15).
Специфика работы схемы обусловлена наличием бесконтактных путевых выключателей SQ1 (М10/9) и SQ2 (М10/7), фиксирующих положения крышек при закрывании трюмов.
Кроме того, процесс открывания (закрывания) трюмов связан еще с работой гидравлических устройств (домкратов): при полностью закрытых и опущенных крышках реле KV1 и KV2, являющиеся исполнительным элементом ВПБ14, находятся под напряжением и их размыкающие контакты разомкнуты, а при набитых домкратах крышки поднимаются над трюмами 1и 2 так, что управляющий элемент удаляется от выключателя SQ2 на расстояние несрабатывания, реле KV2 теряет питание и его размыкающий контакт замыкается, а управляющий элемент выключателя SQ1 не выходит из зоны срабатывания и реле KM1 остается под напряжением (его размыкающий контакт разомкнут), т.е. крышка над трюмом 2 поднята выше крышки первого трюма, чем создается возможность передвижения крышки трюма 1 только «назад» из начального (закрытого) положения и подкатывания ее под крышку второго трюма.
Таким образом, имеет место следующая последовательность и режимы электропривода лебедки при открывании первого и второго трюмов.
Выключатель SA1 устанавливается в положение «включено» (автомат QF1 включен, ибо он является защитным, а не коммутационным аппаратом). Домкратами крышки трюмов 1 и 2 поднимаются в верхнее положение, при этом ВПБ SQ1 не меняет своего состояния (реле KV1остается разомкнутым), а триггер ВПБ SQ2 «опрокидывается», реле KV2 теряет питание и его размыкающий контакт замыкается, подготавливая цепь питания контактора КМ2 пускателя КМ1. Нажатием кнопки «Назад» поста SB1 катушка контактора КМ2 включается под напряжение сети; своими главными контактами контактор КМ2 подключает электродвигатель М1 и тормоз YB1 к шинам ЩП1, размыкающим блок-контактом КМ2 разрывает цепь питания контактора КМ1, а замыкающим блок-контактом КМ2 шунтирует кнопку «Назад» поста SB1. Крышка трюма 1 двигается назад, удаляет управляющий элемент за зону срабатывания SQ1,реле KV1 теряет питание и размыкающим контактом RV подготавливает цепь питания контактора КМ1. Движение крышки первого трюма назад продолжается до тех пор, пока она не займет положение точно под крышкой трюма 2 и своим управляющим элементом не изменит состояние ВПБ SQ2 (реле KV2 получит питание, его размыкающий контакт разомкнется): катушка контактора КМ2 теряет питание, своим главными контактами отключает электродвигатель М1 и тормоз YB1 от шин ЩП1, а замыкающим блок-контактом КМ2 подготавливает цепь питания контактора КМ1 - трюм 1 открыт. Опустив домкратами крышку второго трюма на крышку первого, можно откатить обе крышки на трюм 1: нажатием кнопки «Вперед» поста SB1 подают питание на катушку контактора КМ1; последний срабатывает и своими главными контактами подключает тормоз YB и электродвигатель М1, реверсируя его, к шинам ЩП1, замыкающим блок-контактом КМ1 шунтирует кнопку «Вперед» SB1, разрывая размыкающим блок-контактом цепь контактора КМ2, двигаясь вперед, крышки изменяют состояние ВПБ SQ2, реле KV2 которого замыкает свой размыкающий контакт и подготавливает цепь питания контактора КМ2. Движение крышек вперед продолжается до тех пор, пока они не займут положение точно над трюмом 1 и его крышка своим управляющим элементом не изменит состояния ВПБ SQ1: реле KV1 получит питание, своим размыкающим контактом KV1 разомкнет цепь питания КМ1, который главными контактами КМ1 отключит двигатель М1 и тормоз YB1 от шин ЩП1, а размыкающим блок-контактом КМ1 подготовит цепь питания контактора КМ2 - трюм 2 открыт.
В промежуточном положении между трюмами крышка первого трюма (или обе крышки) останавливаются нажатием кнопки «Стоп» поста SB1.
Так же открываются (закрываются) трюмы 3и 4 с той лишь разницей, что при «набитых» домкратах и поднятых крышках изменяет свое состояние ВПБ SQ3 (М50/9) и замыкается размыкающий контакт реле KV3, а ВПБ SQ4 не изменяется и размыкающий контакт реле KV4 остается разомкнутым, чем создается возможность передвижения крышки 4го трюма из начального положения только вперед.
Итак, одновременно могут быть открыты только два трюма, при этом крышки трюмов 2 и 3 выполняет роль «наездников» штевневых трюмов.
Защита электродвигателей от перегрузок осуществляется тепловым реле КК пускателей, а цепей управления - предохранителями FV.
Управление передвижением крышек трюмов производится с правого крыла мостика, кроме того предусмотрено аварийное отключение двигателей М1, М2 выключателями SA3 и SA4, установленными непосредственно у лебедок.
При передвижении крышек трюмов вручную цепи управления электроприводов размыкаются конечными выключателями SQ5 и SQ6, установленными на самих лебедках.
2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
2.1 Расчет и выбор электрооборудования и кабелей люкового устройства
Выбор электродвигателя насоса
По [6]:
,
где - расчетная мощность эл. двигателя насоса, кВт;
=1,2 - коэффициент запаса (учитывает возможную перегрузку из-за некачественного монтажа, повышенного трения в сальниках и др.);
p - удельный вес перекачиваемой жидкости, кг/м3;
=- производительность насоса, м3/сек;
- напор насоса, м. вод.ст.;
- КПД насоса;
- КПД передачи.
В качестве источника энергии гидродомкратов люкового закрытия используется вертикальный 3х винтовый насос т. ЭМН 1,5/95-2 с непосредственным приводом от электродвигателя параметрами [3]:
=0,0004 м3/сек; = 950 м. вод.ст.; = 0,72; = 1 (непосредственное соединение двигателя с насосом); p= 1000 кг/м3 - перекачивается жидкость ВПС по [4].
Теперь по (1):
,
,
Режим работы двигателя насоса прерывисто-продолжительный, для которого справедливо условие выбора электродвигателя, по [6]:
,
где - номинальная мощность эл.двигателя, кВт.
В ТУ и каталогах скоростей двигателей указывается с точностью ±5%. Если действительная скорость двигателя окажется на 5% больше указанной в ТУ (каталоге), то из-за особенности работы насосов (P?w3 - потребляемая мощность насоса пропорциональна кубу скорости) мощность на валу двигателя возрастет значительно. Поэтому при выборе двигателя по ТУ (каталогу) его расчетную мощность следует увеличивать (для насосов) на 10 - 15%, т.е. условие (2) трансформируется в вид
,
Приводным двигателем насоса т. ЭМН 1,5/95-2 является электродвигатель т. АМШ 52-2 с параметрами [5]:
2850 об/мин;
= 0,83;
=30,2 А;
=7;
=8 кВт;
=220 В;
,
В нашем случае = 6,25=7,2; =7,2 кВт.
Таким образом, условие (3) в данном случае выполняется, т.е. электродвигатель насоса ЭМН 1,5/95-2 выбран правильно.
Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной спосбности не производится, ибо режим его работы прерывисто-продолжительный, а возможные перегрузки учтены в (1) введением электрического коэффициента .
Выбор пускорегулирующей аппаратуры (ПРА)
Вся ПРА выбирается с соблюдением условия
,
где - номинальное напряжение главной цепи аппарата, В;
- напряжение коммутационной цепи, В.
,
поэтому выбран пускатель серии ПММ на переменном токе [7] и кнопочный пост КУ 123-12М на =500 В [8].
Выбор магнитных пускателей
Для продолжительного и прерывисто-продолжительного режимов работы магнитные пускатели выбираются одновременно по номинальному току и максимально допустимому коммутационному току.
При этом должны выполняться условия:
,
где - номинальный ток пускателя, А;
- номинальный ток эл.двигателя, А.
,
где - допустимый коммутационный ток пускателя, А;
- пусковой ток эл.двигателя, А.
Номинальный и пусковой токи электродвигателя АМШ 52-2: = 30,2 А;
= 7, или = 211, 4 А.
С учетом условий (5) и (6) выбран пускатель т. ПММ-2112 с параметрами [7], ближайшими большими к каталожным (по ТУ) данным электродвигателя:
= 50 А; =350 А, т.е пускатель выбран правильно.
Выбор кнопочного поста
При выборе кнопочного поста также соблюдаются условия (5) и (6), имеющие в данном случае вид (7) и (8) соответственно:
,
где - длительно допустимая нагрузка кнопочного элемента; по [8] =5 А;
- ток аппарата, А; для контакторов КМ-2000 2й величины по [9] =0,5 А;
,
где - коммутируемый (включаемый и отключаемый) кнопочным постом ток; для 220 В по [8]: =7 А.
Таким образом, кнопочный пост КУ 123-12ПМ выбран с соблюдением условий (4), (7), (8), т.е. правильно.
Выбор бесконтактных путевых выключателей и их исполнительных реле
Необходимость размещения путевых выключателей на открытой палубе определила выбор выключателей водозащищенного исполнения т. ВПБ 14205-330220-0М1 по [17].
Номинальное напряжение входа и выхода 24 В постоянного тока, ток нагрузки (исполнительного электромагнитного реле) 0,25 А.
В свою очередь, параметры путевых выключателей определили выбор всех элементов низковольтной части схемы электроприводов лебедок передвижения крышек трюмов, в частности, их исполнительных реле т. РЭП-11-440, 24 В постоянного тока, номинальный ток катушки реле 0,1 А, коммутационная способность контактов реле:
- допустимый ток включения - 5 А;
- допустимый ток отключения - 0,5 А.
Выбор кабелей и защит силовой цепи
Выбор кабелей и защит силовой цепи электроприводов с асинхронным двигателем напряжением до 500 В - это многоаспектная двуединая задача, решаемая в нашем случае в следующем порядке.
а) предварительно выбирается маркоразмер кабеля по условиям нагрева в нормальном режиме по таблице 16.8.2.1 [2] - по номинальному току электродвигателя.
,
где - предельно допустимая нагрузка кабеля, А;
- номинальный ток двигателя, А: = 30,2 А (см. выше).
Поэтому предварительно выбран кабель (с учетом ручной прокладки) КНР 3Ч6 мм2 с =32 А;
б) суммарная длина кабелей М9-1 и М9-2 фидера электродвигателя привода равна 10 м, поэтому (из-за небольшой длины фидера при напряжении сети 220В) предварительно выбранный кабель на потерю напряжения не проверяется.
в) предварительно выбранный тип и номинальные параметры автомата по условиям нормального режима:
,
,
,
где - номинальное напряжение автомата, В;
=220 В - номинальное напряжение сети;
- номинальный ток расцепителя автомата, А;
- уставка срабатывания автомата в зоне КЗ (отсечке), А;
- коэффициент уставки автомата по [11].
По условиям (10), (11) и (12) предварительно выбран автомат с комбинированными расцепителями АК50-3МГ-Б:
=400 В; =1231,5=378;
=378 А. =31,5 А;
=1,2;
Автомат выбран с комбинированными расцепителями, ибо при использовании автоматов с электромагнитными расцепителями приходится завышать сечения кабелей фидеров электродвигателей.
г) рассчитывается уставка автомата по условиям пуска электродвигателя.
Современные автоматы срабатывают в течение первого периода питающего напряжения. Поэтому они могут реагировать на апериодическую составляющую пускового тока асинхронного двигателя. Исследованиями установлено, что величина апериодической составляющей в зависимости от типа машины и параметров сети меняются в пределах от 20 до 50% пускового тока. Кроме того, пусковой ток по ГОСТ 183-74 имеют положительный допуск 15%. Наконец, допуск на уставку срабатывания в зоне КЗ современных автоматов составляет ±20%.
С учетом этого уставка срабатывания автомата должна удовлетворять соотношению
?1,7
где - пусковой ток электродвигателя, А.
В нашем случае = (см. выше), т.е. =730,2=212 А и 1,7=1,7•212=370 А. Таким образом, =378 А предварительно выбранного автомата соответствует условию (13).
Поэтому окончательно выбран автомат АК50-3МГ-Б с параметрами: =400 В; =31,5 А; =378 А. Обычно, как и в нашем случае, при выборе тока мгновенного срабатывания () номинальный ток комбинированного расцепителя () превышает номинальный ток электродвигателя. Поэтому сечение кабеля, питающего электродвигатель, необходимо выбирать увеличенным в соответствии с номинальным током комбинированного расцепителя, который, однако, не должен превышать 130% номинального тока электродвигателя.