Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

гребной тиристорный статический трансформаторный

Аннотация

Исходные данные

1. Расчет мощности и выбор гребного электродвигателя

2. Расчет мощности и выбор тиристорного преобразователя

3. Расчет мощности и выбор возбудителей ГЭД

4. Расчет мощности и выбор генераторного агрегата

5. Разработка схемы главного тока

6. Расчет статических режимов

7. Расчет статических характеристик ГЭУ

8. Построение желаемых внешних характеристик ТП

9. Расчет динамических характеристик ГЭУ

Список используемой литературы

АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте представлен расчет гребной электрической установки постоянного тока для сухогруза.

В проекте произведены расчет и выбор гребного электродвигателя, тиристорного преобразователя, генераторного агрегата, возбудителей гребного электродвигателя.

В процессе расчета построены схема главного тока единой электроэнергетической установки, желаемые механические характеристики гребного электродвигателя в основных режимах, а также желаемые внешние характеристики тиристорного преобразователя.

Annotation

At this course project the design of electric propeller unit of direct current for dry-cargo ship is presented.

Calculation and choosing of propeller electric motor, its exciters, thiristor converter, and generator units are implemented at the project.

At execution of the calculation the main current scheme of unitary electro-energetic unit, wished mechanic curves of propeller electric motor in common regimes and wished output curves of tiristor converter had been drew up.

Исходные данные

1.Тип и назначение судна ……сухогруз

2.Длина судна L…………….…99,7 м

3Ширина судна B……………..16,4 м

4.Осадка судна T………………5,9 м

5 Число винтов z………………1

6 Номинальная скорость вращения винта n………1500 об/мин

7 Номинальная скорость судна Vs……………………17 уз

8 Полная грузоподъемность D…………………………3500 т

9 Средняя плотность перевозимого груза с ………….0,74 т/м³

10 Варианты комплектации АГЭУ…………….ЕЭС-ТП-ГДПТ

11 Суммарная мощность судовых потребителей электроэнергии P_СП …..180 кВт

1. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ГРЕБНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (ГЭД).

Расчет мощности ГЭД основывается на определении буксировочной мощности.

Рассчитаем буксировочную мощность по формуле:

N_R = 0.736, кВт.

где V - объемное водоизмещение, м³ ;

c - эмпирический коэффициент, найдем по диаграмме;

x - множитель, зависящий от числа валов, x = 1 ;

- поправочный коэффициент на длину судна,

= 0,7+0,3=0,7+0,3= 1 ;

= 10 ,

- характеристика остроты судна.

где - коэффициент общей полноты судна.

=

Объёмное водоизмещение судна находим через полную

грузоподъёмность и плотность перевозимых грузов:

V= = = 4729,7 м³

= = 0,49 ;

= = 0,81 ;

Для нахождения значения с необходимо определить параметр v:

v= = 1,53;

По диаграмме определяем с=61.

Буксировочная мощность равна:

N_R == 2812,1 кВт.

Мощность ГЭД определяется по формуле:

P_дв = ,

где z - число гребных валов, z = 1 ;

_пр- пропульсивный КПД винта ;

_пр = 0,60,75 ; принимаем равным 0,6 ;

_вн - КПД валопровода ;

_вн = 0,95 0,98 ; принимаем равным 0,97 ;

Итак, мощность ГЭД будет равна:

Р_дв = = 4141кВт

Из справочника [1] выбираем ближайший двигатель.

Электродвигатель 2МП 7000-115

Технические данные двигателя.

Параметр	Ед.изм	Величина
Номинальная мощность, PГД	кВт	5160
Номинальная скорость вращения, nГД	об/мин	115
Номинальное напряжение якоря, UГД	В	1000
Номинальный ток якоря, IГД	А	2х2750
КПД	%	93,5
Номинальное напряжение возбуждения, UВ.ГД	В	220
Номинальный ток возбуждения, IВ.ГД	А	108
Активное сопротивление якорной обмотки, RЯ.ГД	Ом	0,0064
Индуктивность якорной обмотки, LЯ.ГД	мГн	0,32
Активное сопротивление обмотки возбуждения, RВ.ГД	Ом	2
Индуктивность обмотки возбуждения, LВ.ГД	Гн	22
Момент инерции, JГД	кг·м2	31,7

Поток базового двигателя, в соответствии с формулой:

Ф_д = ,

где с_м = = = 369,4 .

Номинальный момент базового двигателя:

М _нб = = = 429

Тогда номинальный поток двигателя равен:

Ф_д = = 0,28 Вб.

Номинальные данные спецдвигателя

Мощность кВт………………141кВт

Напряжение , В ……………1000В

КПД,%..................................93,5

Частота вращения ,об/мин………………………150

Ток якоря

=4429А

Номинальный поток, Вб…………………0,28

Номинальный момент

=263,8кНм

Коэффициент пропорциональности момента

=212,7

2. Расчет и выбор тиристорного преобразователя (тп)

Питание ГЭД осуществляется от шин единой судовой электростанции через управляемый выпрямитель (тиристорный преобразователь - ТП).

Определим число и параметры ТП в цепи одного якоря ГЭД:

n_тп ,

где U_dн - номинальное напряжение ТП, равное

U_dн = 1,35 U_л.

Принимая U_л = 380 В,

= 0⁰ ,

= 30⁰, получим

U_dн = 1,35 380 = 480 В.

Тогда

n_тп =2.

Принимаем n_тп = 2. Следовательно всего 2 ТП, так как каждый якорь ГЭДа получает питание от двух ТП, соединенных последовательно с якорем.

Мощность каждого ТП

НапряжениеТП

В.

Силовые тиристоры для преобразователя выбираются по паспортным величинам обратного напряжения (U_R) и прямого тока (I_F).

Обратное напряжение в ветви силового тиристорного преобразователя определим по формуле

U_{ВЕТ. ОБР} = 1.05 · U_ТП =1,05.480=504 В.

Прямой ток в ветви тиристорных преобразователей определим исходя из значения максимального пускового тока двигателя по формуле

I_{ВЕТ. ПР} = I_{ГД. МАКС} / 3 = (1,5…2,0) · I_я/ 3=2*2750/3=1833 А

Следовательно, допустимое значение обратного напряжения силового тиристора должно быть не меньше расчетного значения напряжения ветви,

U_R ? U_{ВЕТ. ОБР} · К_ЗН = U_{ВЕТ. ОБР} · 2=504*2=1008 В

Допустимое значение прямого тока тиристора должно быть не меньше расчетного значения тока ветви,

I_F ? I_{ВЕТ. ПР} · К_ЗТ = I_{ВЕТ. ПР} · (1,2…1,4)=1833*1,2=2200 А.

=> Для питания одного тиристорного преобразователя используется 18 тиристоров включенных параллельно по 3 штуки в плечо

Выбираем тиристор типа Т1000 - таблеточный с воздушным охлаждением.

Номинальные данные тиристора

Тип ……………………. Т1000

Номинальный ток, А 1000

Повторяющееся напряжение, В Uобр=1800

Прямо падение напряжения, В ?Uвп=2,1

Диаметр, мм 82х23,5

Масса с охладителем, кг 6,375

3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ГЭДа.

Возбудитель ГЭД выбирается по режиму хода в швартовном режиме, где ток возбуждения ГЭД имеет максимальное (номинальное) значение. Выберем возбудитель 3х фазный, реверсивный, управляемый, по схеме Ларионова.

Расчетная мощность тиристорного возбудителя определяется по формуле:

Р_возб. = ,

где m- число обмоток, получающих питание от одного возбудителя, m = 1;

К_ф - коэффициент форсировки возбуждения, принимаемый К_ф= 1,5;

I_в - номинальный ток возбуждения, I_в = 108 А;

R_в - сопротивление обмотки возбуждения, R_в = 2 Ом;

С учетом численных значений:

Р_возб.= =105 кВт.

Для обеспечения необходимой форсировки из каталога выбирается тиристорный возбудитель по условию:

Р_возб Р_н.кат 105115

. 440460

С учетом этого выбираем реверсивный возбудитель:

ATPK -250/460-2Y2

Таблица 5. Номинальные данные тиристорного возбудителя

Параметр	Ед.изм	Величина
Тип
Номинальная мощность,	кВт	115
Напряжение питающей сети,	В	380
Напряжение выпрямленное,	В	460
Ток выпрямленный номинальный,	А	250
Ток выпрямленный максимальный,	А
КПД,	%	94
Масса,	кг	500
Габаритные размеры: высота	мм	800x752x1760

4. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА

При выборе серийных синхронных генераторов надо исходить из величины требуемой мощности генератора (PСГ.Т), которую можно определить по формуле

P_СГ.Т = (УPГД + PВГЭУ + PВД + PСП) / m=4592/4=1148кВт,

где УPГД - суммарная мощность гребных двигателей в номинальном режиме, принимаем равным кВт;

PВГЭУ - суммарная мощность возбудителей ГЭУ, принимаем равным кВт;

PВД - суммарная мощность вентиляторов гребного двигателя, принимаем равным кВт

PСП - суммарная мощность судовых потребителей, принимаем равным 180кВт;

m - количество синхронных генераторов 4.

Выберем генератор МСК 1560-1500

Таблица 6. Основные параметры синхронных генераторов

Параметр	Ед.изм	Величина
Марка
Мощность, PСГ	кВт	1250
Напряжение статорной обмотки, UСГ	В	400
Ток статорной обмотки, IСГ	А	2260
КПД	%	93,5
Напряжение обмотки возбуждения, UВ.0	В	44
Ток обмотки возбуждения, I В.0	А
Активное сопротивление обмотки возбуждения, rа	Ом
Индуктивное сопротивление по продольной оси, xd	о.е.	2,039
Индуктивное сопротивление по поперечной оси, xq	о.е.

К установке на судне необходимо принять 4 дизель - генератора, которые обеспечивают работу потребителей во всех режимах. Устанавливается также резервный генератор.

5. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЛАВНОГО ТОКА

Питание электрической энергией судовых потребителей и гребного электродвигателя М1 осуществляется от шин единой судовой электростанции, к которой подключены 4 дизель - генератора Г1- Г4. Включение генераторов и защита от коротких замыканий осуществляется с помощью автоматических выключателей QF1- QF6. Якорь каждого гребного электродвигателя питается от двух последовательно соединенных тиристорных преобразователей: от (ТП1-ТП4) и от (ТП2-ТП3) Подключение тиристорных преобразователей к шинам ГРЩ и защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью автоматических выключателей QF7 - QF10.

Для исключения коротких замыканий при последовательном соединении тиристорных преобразователей шины ГРЩ секционированы на две системы шин: 1 система - с генераторами Г1и Г2; 2 система - с генераторами Г3 и Г4

Параллельная работа шин 1 и 2 исключается. При необходимости генератор Г3 может быть подключен к шине 2 с помощью автомата QF3, а генератор Г4 к системе 1 с помощью автомата QF4.Автоматы QF1, QF3 и QF4 сблокированы. Если включены автоматы QF2 и QF5, то нельзя включить QF3 и QF4.

Набор схемы главного тока осуществляется с помощью контакторов К1 - К18 селекторных переключателей СП1, СП2. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепь каждого ГЭД включены дроссели Р1 - Р4.

Выбор контрольно-измерительных приборов

Каждый синхронный генератор должен иметь: вольтметр, частотомер, амперметр, ваттметр.

Каждый гребной электродвигатель постоянного тока должен иметь: тахометр, вольтметры и амперметры для якорной обмотки и обмотки возбуждения.

Каждый силовой тиристорный преобразователь должен иметь: для сети питания вольтметр и амперметр переменного тока, для цепи питания якорной обмотки вольтметр и амперметр постоянного тока.

Вольтметр

0 - 120% => (0-500)В в цепь генератора

Ц42300 кл.т 2.5 , предел измерения: 0-500 В, АС, с непосредственным включением 80х80.

0 - 120% => (0-1500)В в цепь ГЭД

М42101, предел измерения: 0-1500В, 80х80 DC к.т. 2,5 подкл с внеш. доб. сопрМ42300 (М42300)

0 - 120% => (0-500)В в цепь возбуждения ГЭД

М42300, предел измерения: 0-500В, 80х80 DC к.т. 2,5 непосредственного включения.

Амперметр

0 - 150% => (0 - 3000) А в цепь генератора

Э47, 3000/5А 72х72 AC через тр-р ТТИ-125 3000/5А 15ВА класс 0,5

0 - 150% => (0 - 6000) А в цепь ГЭД

Э42702, предел измерения 0-6KА, 80х80 DC через транс-р тока 6000/5A

0 - 130% => (0 - 150) А в цепь возбуждения ГЭД

М1420 0-150А 80х80 DC через шунт к.т. 2,5

Ваттметр

15% - 0 - 120% => (-112,5 - 0 - 1500) кВт

Ц42303

предел измерений: 0-1500кВт к.т. 1,5. Токовая обмотка подключена через трансформатор тока ТТИ-125 3000/5А 15ВА класс 0,5

Частотомер

±10% => 45-55 Гц

Э8036 c преобразователем напряжения Р8007 45-55Гц к.т. 1,0

Тахогенератор

ТП80-20-0,2 УХЛ4 с указателем частоты вращения.

6. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

Расчет статических режимов произведем в относительных единицах.

В номинальном режиме справедливо следующее выражение:

, или о.е

о.е

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет проведем табличным способом. Определим возможные режимы работы ГЭУ:

1-й режим: Г1+Г2+Г3+Г4+Д1+Рпотр

2-й режим: Г1+Г2+Г3+Д1+Рпотр

3-й режим: Г1+Г2+Д1+Рпотр

4-й режим: Г1+Д1+Рпотр

Расчет произведем по следующим формулам:

Результаты расчетов в о.е сведем в таблицу 6.

Таблица 6

Реж раб	P*	I1*	I1*	U1*	U2*	M*	n*	Ф2*	Ф1*
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
2	0,742	1	1	1	0,5	0,81	0,9	0,56	1,1
3	0,483	1	1	0,5	0,5	0,61	0,78	0,64	0,64
4	0,224	1	0	0,5	0	0,37	0,61		0,82

Представим данные в абсолютных единицах. (Таблица 7)

Таблица 7

Реж раб	Pд, кВт	Iд1, A	Iд2, A	U1, В	U2, В	M, кН*м	n, об/мин	Ф2, Вб	Ф1, Вб
1	4141	2750	2750	1000	1000	264	150	0,28	0,28
2	3073	2750	2750	1000	500	214	135	0,16	0,31
3	2000	2750	2750	500	500	161	117	0,18	0,18
4	928	2750	0	500	0	98	91,5		0,23

7. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ

Построение желаемой механической характеристики ГЭД.

Желаемая механическая характеристика ГЭД имеет три участка:

- гиперболический участок, обеспечивающий постоянство мощности ГЭД и всей ГЭУ при изменении условий плавания от хода в свободной воде до швартовного;

- участок ограничения момента стоянки ГЭД при заклинивании винта, исключающий поломку винта при заклинивании; этот участок прямолинейный;

-участок ограничения скорости холостого хода, исключающий разнос ГЭД при оголении винта; этот участок также прямолинейный.

Так как в проектируемой ГЭУ возможны 4 режима, то и ГЭД будет иметь 4 желаемые механические характеристики.

Уравнение гиперболического участка механической характеристики:

const.

Откуда /n.

Результаты расчета сводим в таблицы 2,3,4.

По исходным данным рассчитаем основную и швартовную характеристики винта в абс. ед.

По результатам строим основную и швартовную характеристики винта. Там же наносим гиперболические участки желаемых механических характеристик ГЭД для трех основных режимов работы ГЭУ .

Момент стоянки ГЭД для этих режимов работы принимаем равным:

кН.м , кН.м

кН.м , кН.м

Ограничение скорости холостого хода ГЭД в вентильных ГЭУ достигается без применения регулятора скорости за счет жесткой естественной внешней характеристики ТП. Поэтому скорости холостого хода для желаемых механических характеристик принимаем равными:

об/мин, об/мин

об/мин об/мин

Итак, сформулированы желаемые механические характеристики ГЭД для четырех основных режимов:

1-й режим: механическая характеристика

2-й режим: механическая характеристика

3-й режим: механическая характеристика

4-й режим: механическая характеристика

Таблица1

n , об/мин	150	145	140	135	130
M, кН.м	264	273	282,86	293,3	304.6

Таблица 2

n , об/мин	135	130	125	120	115
M, кН.м	214	222,23	231,12	240,75	251,2

Таблица 3

n , об/мин	117	115	110	105	100
M, кН.м	161	163,8	171,24	179,4	188,37

Таблица 4

n,об/мин	91,5	90	85	80	75
М,кН.м	98	99,63	105,5	112	119,5

Швартовая характеристика

N	0	60	90	105	120	150	180
Mшв	0	63,36	142,56	194	253,4	396	570

Свободная характеристика

N	0	60	90	105	120	150	180
Mсв	0	42,24	95	129,36	169	264	380

Рис Желаемые механические характеристики ГЭД в основных режимах

Рис Желаемые механические характеристики 1 Якоря в основных режимах

Рис. Желаемые механические характеристики 2 Якоря в основных режимах

8. ПОСТРОЕНИЕ ЖЕЛАЕМЫХ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТП

Желаемой механической характеристике ГЭД должна соответствовать желаемая искусственная внешняя характеристика тиристорного преобразователя. Для этого в системе автоматического управления ГЭУ должны быть регулятор мощности ( РМ ) и регулятор тока ( РТ ), воздействующие на СИФУ тиристорных преобразователей.

Т.к. ГЭД работает с постоянным током ( Ф_д = const. ), то гиперболическому участку механической характеристики ГЭД должен соответствовать гиперболический участок внешней характеристики ТП, который описывается уравнением:

Р_ТП = .

Откуда уравнение гиперболического участка будет:

.

Построение гиперболического участка внешних характеристик ТП производим следующим образом. Задаемся рядом значений моментов и скоростей вращения ГЭД соответствующих гиперболических участков механических характеристик А1-В1, А2-В2, А3-В3,А4-В4.

По формулам:

Для 1-го режима

,

Е_д = ,

,

с_д = = 22,3 , Ф_д = 0,28 Вб (см. раздел 1),

с_м = 212,7 ,находим ток и напряжение ТП.

Для 2^ого, 3^го и 4 ^го режима аналогично.

Результаты расчетов гиперболических участков внешних характеристик сводим в таблицы 5,6,7.По результатам расчета строим гиперболические участки внешних характеристик ТП.

Токи стоянки определяются выражением и равны:

_A

_A

_{A, A,}

Участки ограничения токов ТП показаны на рис. прямыми 5,6.

Напряжения холостого хода ТП ограничены естественным наклоном внешних характеристик ТП и равны:

Для 1 двигателя:

В

В

В

В

Участки желаемых внешних характеристик ТП показаны на рис3. ломаными кривыми D1-A1-B1-C1, D2-A2-B2-C2, D3-A3-B3-C3, D4-A4-B4-C4

1 режим Таблица 5

М,кН.м	264	273	283	293	304,6
n,об/мин	150	145	140	135	130
I, A	4433	4584	4751,8	4925	5114
EД,B	936,6	905,4	874	843	811,7
UТП,B	964,9	935	904,4	874,5	844

2 режим Таблица 6

М,кН.м	214	222,2	231	241	251
n,об/мин	135	130	125	120	115
I, A	3246	3369	3503	3655	3807
EД,B	933	899	864	829	795
UТП,B	953,7	920,6	886	852	819

3 режим Таблица 7

М,кН.м	161	164	171,2	179,4	188,4
n,об/мин	117	115	110	105	100
I, A	4205	4283	4472	4686	4921
EД,B	470	461,6	441	421	401,4
UТП,B	497	489	469,6	451	433

4 режим Таблица 8

М,кН.м	98	99,63	105,5	112
n,об/мин	91,5	90	85	80
I, A	2003	2036	2156	2289
EД,B	469,3	461,6	436	410,3
UТП,B	482	474,6	449	425

Рис. Желаемые внешние характеристики тиристорного преобразователя

9 .РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ

Целью расчета динамических характеристик является определение соответствия нагрузок в элементах системы электродвижения кратковременно-допустимым параметрам при разгоне, торможении и реверсе гребного двигателя.

Для системы ЕЭС-ТП-ГДПТ строят следующие координатные плоскости:

- U_ТП= f (U_У);

- I_ГД = f (U_ГД);

- n_ГД = f (M_ГД).

U_я=960 В

I_я =2750 A

Дt=0,1 c

m_U=40 B/см

m_I=40 A/ см

m_n=25 об/мин.см

m_м=36 кН.м/см

n,об/мин	М1,кН.м	М2, кН.м	Мср, кН.м	I,А
0	422,4	417,9	420,15	4376,5
5	417,9	413,5	415,7	4330
10	413,5	409	411,25	4283,8
15	409	404,4	406,7	4236,4
20	404,4	400	402,2	4189,6
25	400	395,5	397,8	4143,8
30	395,5	390,6	393,05	4094,3
35	390,6	386,2	388,4	4045,8
40	386,2	381,6	384	4000
45	381,6	377,1	379,4	3952
50	377,1	372,8	374,9	3905,2
55	372,8	368,6	370,7	3861,4
60	368,6	364	366,3	3815,6
65	364	359,2	361,6	3766,7
70	359,2	354,8	357	3718,8
75	354,8	350	352,4	3671
80	350	345,8	347,9	3624
85	345,8	341,3	343,55	3578,6
90	341,3	336,8	339,05	3531,8
95	336,8	332	334,4	3483
100	332	327,3	329,65	3433,8
105	327,3	323	325,15	3387
110	323	318,9	320,95	3343
115	318,9	314,2	316,55	3297,4
120	314,2	309,7	311,95	3249,4
125	309,7	304,6	307,15	3199

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гребные электрические установки: Справочник. Ю. Н. Авик, Е. Б. Айзенштат, Ю. М. Гилерович, Б. А. Горбунов, В. В. Сержантов.- Л.: Судостроение, 1975.

2. Рукавишников С. Б. Автоматизированные гребные электрические установки.- Л.: Судостроение , 1983.

3. Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов. - Л.: Судостроение, 1976.

Размещено на Allbest.ru

...