Электрооборудование судов и портовых подъемно-транспортных машин. Ч. 1. Теория электропривода

МИНИСТЕРСТВО  ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ
__________________________________________________________

МОСКОВСКАЯ   ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

В.М. Муравьев,  М.С. Сандлер. 

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

СУДОВ  И  ПОРТОВЫХ  ПОДЪЕМНО – ТРАНСПОРТНЫХ  

МАШИН

Часть 1.  Теория электропривода

Конспект лекций

Альтаир - МГАВТ

Москва

2010

МИНИСТЕРСТВО  ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

__________________________________________________________

МОСКОВСКАЯ   ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

В.М. Муравьев,    М.С. Сандлер 

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

СУДОВ  И ПОРТОВЫХ  ПОДЪЕМНО – ТРАНСПОРТНЫХ  

МАШИН

Часть 1.   Теория электропривода

Конспект  лекций

Альтаир  - МГАВТ

Москва

2010

УДК   62.83: 621.314 

В.М. Муравьев,  М.С.   Сандлер 
Электрооборудование судов и портовых подъемно-транспортных машин. Учебное пособие.  Конспект лекций. Часть 1.  Теория электропривода.
М.: Изд-во Альтаир - МГАВТ, 2010.  - 88 с.

Первая из пяти частей конспекта лекций «Электрооборудование су
дов и портовых подъемно-транспортных машин» - «Теория электропривода» - содержит общие теоретические материалы,  которые будут в дальнейшем необходимы студентам при изучении дисциплин «Электрооборудование 
судов» 
и 
«Электрооборудование 
портовых 
подъемно
транспортных машин», а так же при выполнении студентами курсового и 
дипломного проектов по соответствующим специальностям. 

Учебное пособие может быть полезным для студентов других специ
альностей, изучающих электрооборудование различных объектов водного 
транспорта.

Рецензенты – кандидат технических наук, профессор  Власов Дмитрий Георгиевич.

кандидат технических наук, доцент Спирин Евгений Викторович.

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры электрооборудования.
Протокол от    «_____» ____________ 2010 г.     №       .

Издается  по решению Учебно-методического совета МГАВТ. 

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут авторы и 
кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы

© МГАВТ, 2010
© Муравьев В.М.,  Сандлер М.С., 2010

Муравьев Вадим Михайлович
Сандлер Марк Соломонович

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

СУДОВ  И ПОРТОВЫХ ПОДЪЕМНО – ТРАНСПОРТНЫХ  МАШИН

Часть 1.   Теория электропривода

Конспект  лекций

Редактор 

Компьютерная верстка 

Подписано в печать _____ . _________. 20____

Формат 60x90/16. Объем _________ п. л.
Заказ №__________  Тираж _________ экз.

«Альтаир»,  МГАВТ

Московская государственная академия водного транспорта

117105 г. Москва, Новоданиловская наб.,  д. 2,  корп. 1

Предисловие

Речной транспорт России является частью транспортной инфра
структуры страны. Выполнение задачи перемещения пассажиров и грузов 

требует постоянного совершенствования флота, портов и водных путей. 

Существование и развитие этих транспортных компонентов невозможно 

без совершенствования электрооборудования, широкого использования 

средств автоматизации и компьютеризации как всего транспортного про
цесса, так и отдельных его компонентов.

Предлагаемое учебное пособие состоит из пяти частей: первая –

«Теория электропривода», вторая  - «Электрические аппараты», третья  
«Современные системы управления электроприводами». В них излагается 

материал, необходимый для последующего изучения специальных разде
лов:  в четвертой  части – «Электрооборудование судов» - отражаются 

специфические особенности работы судовых электроприводов и судовых 

электроэнергетических систем; пятая  часть – «Электрооборудование пор
товых подъемно-транспортных машин» - предназначена для студентов, 

изучающих электрооборудование технологических механизмов портовой 

перегрузочной техники.

Общим и важнейшим элементом, обеспечивающим функционирова
ние  всех звеньев транспортного процесса, является электрический привод 

механизмов. В первой части  конспекта лекций по дисциплинам «Элек
трооборудование судов» и «Электрооборудование портовых подъемно
транспортных машин»  приводятся сведения по теории электропривода:  

основные понятия и определения электропривода;  механика привода; ме
ханические характеристики электродвигателей переменного и постоянного 

при их работе в составе электропривода; выбор электродвигателя для при
вода с учетом режимов работы.  Вторая  и третья части конспекта лекций 

посвящены аппаратам управления и защиты в электроприводах, и неко
торые общие сведения о современных системах управления электроприво

дами с применением полупроводниковой преобразовательной техники и 

методах компьютерного моделирования электроприводов.

Четвертая часть конспекта лекций посвящена электрооборудованию 

судов. В ней рассмотрены особенности работы автономных электроэнерге
тических установок судов, а также приводятся требования к  электропри
водам,  дается описание типовых электроприводов некоторых судовых ме
ханизмов.

В пятой части рассматриваются вопросы структуры и специфики ра
боты электроприводов портовых подъемно-транспортных машин и тех
нологических механизмов, а также приводятся основные сведения об элек
троснабжении портов.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисцип
лины «Судовые электроприводы», «Электрооборудование и автоматика 

портовых подъемно-транспортных машин», «Элементы автоматического 

управления портовых подъемно-транспортных машин», а также может 

быть использовано студентами иных специальностей, связанных с изуче
нием электрооборудования объектов водного транспорта.

Конспект лекций не заменяет учебника, а предполагает самостоя
тельную работу студента с рекомендуемой учебной литературой.

1   Электропривод. Основные понятия и определения

1.1   Назначение, состав и функции электропривода

Электропривод – система, предназначенная для приведения в движе
ние рабочих механизмов и устройств при помощи электроэнергии и для 

управления технологическим процессом. Рабочий механизм обычно назы
вают машиной-орудием МО или исполнительным механизмом ИМ (рис.  

1.1). Рабочий механизм в состав электропривода не входит.

Назначение отдельных элементов электропривода:

Рис.  1.1.   Состав электропривода

М – электродвигатель;  П – передача;  АУи З – аппаратура управления и защиты;  

ос1...ос7 – обратные связи;  ДПм – датчик положения рабочего органа управляемого 
механизма;  ДСм – датчик скорости рабочего органа управляемого механизма;  ДТ –

датчик тока, потребляемого электродвигателем;  ДМвд – датчик момента на валу 
электродвигателя;  ДСвд – датчик скорости вращения электродвигателя; ДКрпп –
датчик контроля рабочих параметров передачи; ДМвм – датчик момента на валу 

механизма (или датчик усилия на рабочем органе).

М – электродвигатель.  Электродвигатель преобразует электрическую 

энергию в механическую. В качестве приводного электродвигателя могут 

применяться электродвигатели постоянного или переменного тока. Элек
тродвигатель является, как правило, машиной, выходной вал которой вра
щается с большими скоростями. Рабочий орган машины-орудия, выпол
няющей технологические операции, может перемещаться с небольшими 

скоростями, но при этом развивать большие моменты или усилия. Поэтому 

между электродвигателем и машиной-орудием необходимо устанавливать 

передачу - устройство П, снижающее скорость и увеличивающее момент 

или усилие . Следует знать, что существуют электродвигатели, не имею
щие вращающегося выходного вала (линейные электродвигатели).  В на
стоящем пособии такие электродвигатели не рассматриваются.

П – передача.  Передача преобразует вращательное движение вала элек
тродвигателя с определенными скоростью вращения и моментом во вра
щательное движение входного вала машины-орудия с иной скоростью и с 

другим моментом. Для большинства механизмов, применяемых на судах и 

в портовых подъемно-транспортных машинах, используются понижающие 

передачи. Передача может также осуществлять преобразование враща
тельного движения в возвратно-поступательное. Наиболее распространен
ными являются механические и электрогидравлические передачи. 

АУи З – аппаратура управления и защиты.  По технологии работы рабо
чий орган машины-орудия может находиться в неподвижном состоянии 

или должен совершать перемещения с разными скоростями и в разных на
правлениях.  Эти задачи решаются в приводе воздействием аппаратов 

управления (АУ) на электродвигатель и на передачу. Аппараты защиты З, 

входящие в этот структурный блок привода, осуществляют защиту рабо
чих органов МО, электродвигателя М и других элементов привода, а также 

электрической сети.

Пример. В качестве МО рассмотрим работу электропривода подъема подъемного кра
на при перемещении тяжелого груза.  При попытке осуществить ускоренный пуск при
вода в основных канатах и в отдельных элементах конструкции крана возникают уси
лия, пропорциональные ускорениям:

ma
dt
d
m
Fдин




где  m – масса груза;

a - ускорение.
При вращательном характере движения исполнительного органа механизма речь 

должна идти о моменте и угловом ускорении соответственно:



J
dt
d
J
М дин


,                                     (1.1)

где  J – приведенный момент инерции;

ε – угловое ускорение.

Эти усилия и моменты имеют место только в динамических режи
мах, однако процессы пуска и изменения скорости движения механизма 

именно таковыми и являются. Поэтому в задачу аппаратов управления 

должно входить не только выдача команд на изменение режима работы 

привода, но и на характер, темп этого изменения. При превышении допус
тимых динамических усилий в элементах привода система управления 

должна отреагировать таким образом, чтобы уменьшить их до допустимых 

значений или остановить привод. Поломка рабочих устройств может при
вести к тяжелым последствиям и большим материальным затратам.

Кроме того, большие динамические перегрузки привода могут при
вести к недопустимым перегрузкам электрической сети, что особенно важ
но учитывать в системах ограниченной мощности в судовых энергетиче
ских установках. При неисправности или при неправильной настройке 

систем защиты важнейший механизм и вся система электроснабжения 

объекта хозяйственной деятельности может остаться без электроэнергии, а 

это может привести к непредсказуемым результатам.