Техническая эксплуатация электроприводов судов

ТЕХНИЧЕСКАЯ 
ЭКСПЛУАТАЦИЯ 
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 
СУДОВ

А.Ф. БУРКОВ

Москва
ИНФРА-М
2020

МОНОГРАФИЯ

УДК [62-83+629.5](075.4)
ББК 31.291:39.42
 
Б91

Бурков А.Ф.
Б91  
Техническая эксплуатация электроприводов судов : монография / 
А.Ф. Бурков. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 358 с. — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/1048423.

ISBN 978-5-16-015722-1 (print)
ISBN 978-5-16-108114-3 (online)
В монографии исследованы вопросы, связанные с повышением эффективности технической эксплуатации судовых электроприводов, разработана их классификация. Выявлены судовые электроприводы, обладающие 
пониженной надежностью, разработаны и реализованы технические решения, направленные на повышение их надежности. Обоснована целесообразность использования для комплексной оценки в пределах поставленных задач математического и физического моделирования. Разработаны 
и реализованы математическая и физическая модели для исследований 
электроприводов. Предложена методика, разработано алгоритмическое 
обеспечение и произведены расчеты контакторов для работы в предложенных технических решениях.
Предназначена для тех, кто специализируется в области теории и практики судовых электроприводов. Полезна для учебного процесса в системе 
высшего морского профессионального образования.

УДК [62-83+629.5](075.4)
ББК 31.291:39.42

Р е ц е н з е н т ы:
Веревкин В.Ф. — доктор технических наук, профессор;
Глушков С.В. — доктор технических наук, профессор

ISBN 978-5-16-015722-1 (print)
ISBN 978-5-16-108114-3 (online)
© Бурков А.Ф., 2020

Список сокращений
АД
АР
АШЛ
а/х
БМРТ
ВНИИНП

ВО
ВРШ
ГДР

ГПМ
ГРЩ
Г–Д
ДВГТРУ

дэ/х
ИД
ИО
ИПЧ–Д

КК
КПД
МДС
МГУ

МК
МП

МУ–Д
МЭК
МЭП
НПЧ–Д

НРБ
ПБ
ПВ
ПД
ПЗ
ПК
ПМ
ПНР
ПП

— асинхронный двигатель
— авторулевой
— автоматическая швартовная лебедка
— атомоход
— большой морозильный рыболовный траулер
— Всероссийский научно-исследовательский институт 
по переработке нефти
— «включение-отключение» (цикл)
— винт регулируемого шага
— Германская Демократическая Республика 
(до октября 1990 г.)
— грузоподъемный механизм
— главный распределительный щит
— «генератор — двигатель» (система)
— Дальневосточный государственный технический
рыбохозяйственный университет
— дизель-электроход
— исполнительный двигатель
— исполнительный орган
— «инверторный преобразователь частоты — 
асинхронный двигатель» (система)
— командоконтроллер
— коэффициент полезного действия
— магнитодвижущая сила
— Морской государственный университет имени
адмирала Г.И. Невельского
— магнитный контроллер
— механический преобразователь
(механическая передача)
— «магнитный усилитель — двигатель» (система)
— Международная электротехническая комиссия
— многоскоростной электропривод
— «непосредственный преобразователь
частоты — асинхронный двигатель» (система)
— Народная Республика Болгария (до ноября 1990 г.)
— плавбаза
— продолжительность включения
— приводной двигатель
— плавзавод
— полупроводниковый коммутатор
— производственный механизм
— Польская Народная Республика (до декабря 1990 г.)
— полупроводниковый прибор

пт/х
ПЧ–Д

ПЭЭ
РТМС
РЩ
РЭГ
РЭМ
САУКС
СБКА
СККА

СМ
СМ–АД

СМ–RL

СН
СПП
СРР

СРТР
СССР

СТР
СУ
СФРЮ

СЭО
СЭС
СЭЭС
ТИ
ТК
ТК–АД

ТК–RL

ТО
ТП–Д

ТР
ТРН–Д

ТРС

— паротурбоход
— «преобразователь частоты — асинхронный
двигатель» (система)
— преобразователь электрической энергии
— рыболовный траулер морозильный (супер)
— распределительный щит
— рулевой электрогидравлический (привод)
— рулевой электромеханический (привод)
— система автоматического управления курсом судна
— силовой бесконтактный коммутационный аппарат
— силовой контактный коммутационный аппарат
(контактор)
— силовой модуль
— «силовой модуль — асинхронный двигатель»
(система)
— «силовой модуль — активно-индуктивная нагрузка» 
(система)
— судовой нагнетатель
— силовой полупроводниковый прибор
— Социалистическая Республика Румыния (до декабря
1989 г.)
— средний рыболовный траулер рефрижераторный
— Союз Советских Социалистических Республик 
(до декабря 1991 г.)
— сейнер-траулер рефрижераторный
— система управления
— Социалистическая Федеративная Республика
Югославия (до апреля 1992 г.)
— судовое электрическое оборудование
— судовая электрическая станция
— судовая электроэнергетическая система
— техническое использование
— тиристорный коммутатор
— «тиристорный коммутатор — асинхронный
двигатель» (система)
— «тиристорный коммутатор — активно-индуктивная
нагрузка» (система)
— техническое обслуживание
— «тиристорный преобразователь — двигатель»
(система)
— транспортный рефрижератор
— «тиристорный регулятор напряжения –
асинхронный двигатель» (система)
— траловая рыболовная система

ТС
ТЭ
т/х
УБК
УВ–Д

УПБ
УУ
ФАЛ
ФРГ
ШИР–Д

ЦНИИМФ

ЦНИИСЭТ

ЭД
ЭДС
ЭМ
ЭМП
ЭО
ЭП
ЭСА
ЯШМ

— техническое состояние
— техническая эксплуатация
— теплоход
— устройство бездуговой коммутации
— «управляемый выпрямитель — двигатель 
постоянного тока» (система)
— универсальная плавбаза
— управляющее устройство
— функция алгебры логики
— Федеративная Республика Германия
— «широтно-импульсный регулятор — двигатель
постоянного тока» (система)
— Центральный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт морского флота
— Центральный научно-исследовательский институт 
судовой электротехники и технологии
— электрический двигатель
— электродвижущая сила
— электрическая машина
— электромеханический преобразователь
— электрическое оборудование
— электрический привод
— электрическое средство автоматизации
— якорно-швартовный механизм

Введение

Современное общество неразрывно связано с использованием 
электрической энергии в различных областях его жизни и деятельности. Не исключением является и флот, который на современном 
этапе оснащен электрическим оборудованием различной степени 
сложности.
В настоящее время сотни тысяч торговых, рыбопромысловых, 
пассажирских и других категорий судов находятся в рабочем состоянии и выполняют свои функции. Рыночные отношения диктуют необходимость увеличения общего тоннажа и грузооборота 
судов. В связи с этим наблюдается пополнение флотов большегрузными и быстроходными судами.
Чем более совершенны и технически оснащены современные 
суда, тем более, как правило, они электрифицированы. И в дальнейшем значение судовой электрической энергии должно возрастать.
Несмотря на появление новых современных судовых механизмов, устройств и техническое перевооружение судов, электрическая энергия остается наиболее широко используемым видом 
энергии на судах. В судовой технике ведущее значение имеет автоматизация. Широко используется частичная автоматизация судов. 
Ставятся и решаются задачи комплексной автоматизации судов.
Отличительными особенностями судового электрического оборудования являются большое количество и разнообразие электроприводов (ЭП), различные степени их ответственности и потребляемые ими мощности. Судовые ЭП являются основными потребителями электрической энергии, вырабатываемой, в том числе, 
и судовыми электромеханическими источниками (генераторами).
В общем случае определение современного ЭП приведено в [1]. 
Судовые ЭП представляют собой электромеханические системы, 
включающие в себя, в большинстве случаев, преобразовательное, 
электродвигательное, передаточное и управляющие устройства 
и предназначенные для приведения в движение судовых механизмов и управления ими.
Общая тенденция развития судовых ЭП характеризуется усложнением задач, комплексное решение которых направлено на совершенствование устройств с точки зрения повышения их автоматизации, надежности и упрощения обслуживания.
Дальнейший прогресс в области судовых ЭП тесно связан 
с общим развитием промышленного производства, тенденциями 
развития флота. Создание судов различного назначения, рост их 
водоизмещения и скорости приводит к необходимости разработки 

и создания разнообразных, иногда принципиально новых, систем 
ЭП, оптимизации механических характеристик электродвигателей 
(ЭД), увеличения их мощности, повышения надежности ЭП.
Можно с уверенностью предположить, что в основе нерегулируемых судовых ЭП (насосов, вентиляторов и пр.) останутся 
асинхронные ЭД и системы управления, реализующие заданные 
функции управления, преимущественно в динамических режимах 
работы.
Сравнение различных систем по эксплуатационным показателям позволяет более объективно определять области их применения, прогнозировать вероятные направления развития судовых 
ЭП. Технико-экономическая оценка и область применения различных систем судовых ЭП достаточно полно освещена в отечественных и зарубежных научно-технических источниках.
Несмотря на более чем вековое развитие, до настоящего времени не существует общепринятой классификации судовых ЭП, 
являющейся в общем случае методом познания вещей и явлений, 
который позволяет добиваться прогресса в эффективном взаимодействии с ними.
Таким образом, классификация судовых ЭП становится вынужденной необходимостью.
На основе выполненного анализа научно-технической и учебной 
литературы автором разработана классификация, наиболее полно 
охватывающая классификационные признаки судовых ЭП. Предложенные общие и специальные классификационные признаки 
объединяют по характерным признакам и наиболее полно отражают особенности отдельных судовых ЭП, их связь с приводами 
других отраслей народного хозяйства.
Одним из основных показателей электрификации судов является степень их электровооруженности, которая характеризуется 
коэффициентами γ  и 
1γ , равными отношению удельного значения 
установленной активной мощности судовой электростанции к водоизмещению судна, включающему чистую грузоподъемность, или 
к разнице между водоизмещением судна и чистой грузоподъемностью.
На основании обработанного статистического материала по морским транспортным судам отечественного флота автором были 
выполнены расчеты и построены таблицы, характеризующие изменение степени электровооруженности в зависимости от времени 
постройки судов различного назначения.
С целью дополнения и корректировки имеющихся коэффициентов для оценки степени электровооруженности судов в работе 
дается обоснование введения дополнительно коэффициента 
,β  
равного отношению установленной активной мощности судового 

электрического оборудования к водоизмещению судна за вычетом 
чистой грузоподъемности, выполнены его расчеты, результаты которых сведены в таблицы.
Современные суда осуществляют рейсы в различные климатические зоны. Условия эксплуатации судовых ЭП специфичны и резко 
отличаются от береговых. Приводы подвергаются климатическим 
(изменение в широких пределах температуры окружающей среды, 
повышенное содержание соли, высокая влажность) и механическим (вибрации и удары, изменение положения частей электрооборудования) воздействиям. Несмотря на большое многообразие, 
по условиям работы все современные судовые ЭП можно объединить в три основные группы, близкие к режимам с условными 
обозначениями S1, S2 и S3, соответствующим продолжительному, 
кратковременному и повторно-кратковременному с номинальными 
нагрузками.
Выполненный анализ опыта технической эксплуатации судовых 
ЭП и произведенные расчеты среднестатистических значений параметра потока отказов ω  и средней наработки на отказ 
o
T  [2] позволяют сделать вывод о том, что пониженной надежностью обладают палубные регулируемые судовые ЭП.
Результаты расчетов коэффициентов отказов Ko показали, что 
наибольшее число отказов у судовых ЭП приходится на долю 
силовых контактных коммутационных аппаратов (контакторов), 
основными причинами которых является повышенный электрический износ главных контактов под действием электрической 
дуги.
Таким образом, актуальной является разработка и реализация 
технических решений, направленных на повышение надежности 
регулируемых судовых ЭП, связанных с уменьшением или ликвидацией электрической дуги между контактами в переходных режимах.
При разработке и технической реализации мероприятий, направленных на ликвидацию или уменьшение процесса дугообразования, электрическая износостойкость контакторов может быть 
существенно увеличена.
Повышение требований к различным судовым ЭП приводит 
к необходимости поиска новых технических решений. На новый 
качественный уровень судовые ЭП вышли с развитием теоретических разработок и практическим внедрением полупроводниковой 
и микропроцессорной техники.
Анализ основных направлений работ по ликвидации или уменьшению электрической дуги контакторов показал перспективность 
использования в многоскоростных ЭП комбинированной последовательной коммутации. По результатам анализа разработан и тех

нически реализован способ комбинированной бездуговой коммутации силовых цепей ЭП, отличающийся от известных способов 
методом управления коммутационными аппаратами, позволяющий 
увеличить эксплуатационный ресурс контакторов до десяти и более 
раз.
Для комплексной оценки взаимного влияния на функционирование комбинированных схем, включающих контакторы и полупроводниковые приборы, и ЭП, представляются актуальными исследования основных режимов работы методами теории подобия 
и моделирования.
Выполненный обзор и анализ вариантов моделей позволяет 
сделать вывод о том, что для судовых многоскоростных ЭП при их 
комплексной оценке в пределах поставленных задач целесообразно 
использовать математическое и физическое моделирования.
Поскольку основными составными частями судовых ЭП являются ЭД, определяющее значение при исследованиях эксплуатационных режимов работы имеют исследования процессов в электромеханических преобразователях.
На основе выполненного анализа основных вариантов математических моделей разработана математическая модель для аналитических исследований ЭП систем, удовлетворяющих одновременно комплексу основных сформированных требований.
Исходя из обоснованной актуальности, в работе предложена 
методика, разработан и реализован алгоритм расчета параметров 
схемы замещения трехфазных ЭД.
По разработанной математической модели аналитически исследованы наиболее вероятные нештатные режимы работы ЭП.
С целью проверки адекватности математической модели реальному объекту, степени точности определяемых аналитически 
основных параметров схемы замещения трехфазного двигателя, 
разработана и создана физическая модель, на которой экспериментально исследованы различные режимы работы ЭП, в том 
числе и аналогичные исследованным аналитически. По результатам исследований специальных режимов работы ЭП при непосредственном участии автора разработано и внедрено устройство 
автоматического переключения малонагруженного асинхронного 
ЭД в однофазный режим, позволяющее повысить энергетические 
показатели двигателей при их работе в области малых нагрузок.
При комбинированных системах возникает вопрос о целесообразности использования типовых контакторов. Альтернативой 
может быть проектирование специальных контактных аппаратов 
или применение обычных серийных, в частности однотипных 
электромеханических аппаратов меньшей величины с возможной 
корректировкой исходных данных.

На основании анализа функционирования в монографии сформулированы основные функционально-технические, эксплуатационные, социальные, экономические, технологические и производственные требования, предъявляемые к контактной аппаратуре, 
работающей в условиях бездуговой коммутации.
При работе контакторов в специальных режимах отличен подход 
к их расчету и проектированию. В частности переносятся на бесконтактные аппараты вопросы, связанные с коммутацией электрических цепей.
С целью определения возможностей работы контакторов в специальных режимах, в работе определены основные этапы их расчета. Предложена методика и разработано алгоритмическое обеспечение расчетов.
По разработанной методике и алгоритмам произведены расчеты 
и выполнен анализ широко используемых серийно выпускаемых 
отечественных контакторов.
Достоверность полученных результатов подтверждена сопоставлением с данными различных источников, проверена путем сравнения результатов теоретических разработок с результатами экспериментальных исследований и натурных испытаний.
Автор выражает благодарность Осокину Борису Викторовичу 
(1935–1990), Сгребневу Николаю Викторовичу и Чуеву Геннадию 
Ивановичу за совместную работу на различных временных этапах, 
оказавшую влияние на результаты, изложенные в данной монографии.