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[行业]《船舶电气设备及系统》实验设计

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文章出处:集美大学轮机工程学院 [2007/8/1 1]
责任编辑:上仪营销中心技术部
作者:马昭胜
1 前言
  《船舶电气设备及系统》是轮机工程专业的一门专业课程。它的实践性强,与船舶生产实践联系紧密,运用知识面宽。课程内容具有机、电、液三者结合,强电和弱电结合的特点。学生学习完本专业课程后进行一次综合设计,对课程内容的深化有很大的帮助。在实际动手过程中把所学的理论知识运用到里面,学生设计实验板,动手制作,培养学生独立思考与解决问题能力。通过实验设计培养学生独立工作能力和创造力,综合运用专业及基础知识,解决实际工程技术的能力,提高查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力;提高工程绘图的能力以及编写技术报告和技术资料的能力。在设计过程中,学生应充分发挥自己的自主性和创造精神,而教师主要是在工作方法、思维方法上对学生有一个正确的引导,通过理论联系实际激发学生学习的兴趣。
    继电-接触器控制是船舶电力系统中最基本、最简单的控制方法。尽管继电器、接触器存在着工作频率低、动作次数受限制、触头易受电弧损伤和经常维修等缺点,但是由于这种控制具有结构简单、造价低、调整维修容易、抗干扰能力强等优点,在船舶电气控制中仍是最基本的和占主导的。
基于对继电器-接触器的认识和掌握的重要性,通过本课程实验设计可以使学生达到这样的实习目的:掌握常用控制电器的基本结构、工作原理、用途及型号意义,达到能正确使用和选用的目的;熟练掌握电气控制线路的基本环节,对一般电气控制线路有分析能力;熟悉典型的电气控制线路,为以后的改造和创新打下基础;能够对一般船舶生产设备的电气控制线路有设计和改进能力;会合理的布线及绘图,加强基本的实践技术的训练;培养实事求是,严谨的科学态度和工作作风,培养一定的动手能力和独立工作能力。
 
2 继电器综合实验板的设计与制作
2.1 设计电气原理图
    要求实验板所控制的电机为三相异步电动机,功率为1KW,Δ接法。完成实验:单向连续运行控制电路;点动控制电路;可逆控制电路;按钮和接触器双重联锁。在完成以上三种动作的基础上,所用电器元件最少,应有规定的各种保护。本设计所给的三种电路都是典型的基本电路,可以把现成的电路拿过来使用,但要有所修改。在实际设计过程中,先分析所给题目中的要求,由于要求的是三相异步电动机,因此电源为380V三相动力电源,那么相应元器件应遵循这一点,使用额定电压为380V的电器元件。启动和停车开关用一个两位的按钮开关来实现,短路保护用熔断器来实现,热保护用热继电器来实现;要实现可逆电路至少有两个交流接触器,交流接触器本身具有欠压保护和零压保护。大致了解了这些情况以后,就可以着手按设计顺序先设计主电路然后设计控制电路。在同学们设计出草稿时,可能会与我们要实现的实验板电路要求有所不同,这时就要改进电路,在此题目设计中主电路设计不复杂,主电路图如图①所示。关键是控制电路中不是简单地把三个电路集聚起来,我们在电路中使用了四个接线柱(3--4、41--42)如图②所示,不但使设计圆满完成,而且比较简单,节省费用,性能价格比高。当电路要实现单向连续电路时,只需把SB1按下起动按钮就可实现电动机连续运转;3—4接线柱和KM1(3—20)触头断开,此电路成为点动控制电路;当把接线柱3、4和41、42分别连接起来,此电路成为一个按钮和接触器双重联锁正反转控制电路。但这种设计方法对复杂的电路会存在以下二个问题:①在发现画出来的线路达不到要求时,往往用增加电器元件或触头数量的方法加以解决,所以设计的线路不一定是最简单、最经济的;②设计中可能因为考虑不周发生差错,影响线路的可靠性或工作性能。但是,对于一些比较简单的控制线路可采用此分析设计法,特别复杂的控制线路则多用逻辑代数设计法。逻辑代数设计法是用真值表与逻辑代数式相结合对控制线路进行综合分析或者对已设计出的草图进行校核的设计方法。在一般情况下,当系统中继电器超过四个以上时候常用可编程控制器(PLC)进行设计。而我们在考虑题目时,已经考虑到这一点。
图1 主电路                    图2 控制电路
 
 
 
 
2.2 制作电气实验板
设计完电气原理图后,选择各个电器元件,绘制电器元件排列图;根据电器元件的型号、外形尺寸、安装尺寸、绘制元件布置图;根据元件尺寸加工实验板;对照绘制的原理图安装元件并接线,认真检查;通电检测实验板的功能,通电成功说明接线准确无误,有问题则检查接线的准确。
 
3 电气线路设计问题论证
通过作者所带三届21个班级的课程实验设计实践训练,有经验也有教训,在此提出以下三个问题:
3.1 电气控制线路的电流种类与电压等级
对于比较简单的控制线路,而且电器元件也不多时,往往直接采用380V或220V电压供电,不附加控制电源变压器。采用这一方案时,动力电源电路中的过电压将直接引进控制线路,不利于电器元件的可靠工作。同时,由于控制线路电压较高,也不利于维护与安全操作。
3.2 线圈的串联与并联问题
电器的线圈最好不要进行串联连接。如果将两个接触器的线圈进行串联,由于它们的阻抗不相同,使两个线圈分配的电压就不可能相等。特别是交流电磁线圈,当衔铁未吸合时,其气隙较大,电感很小,因而吸合电流很大。当有一个接触器先工作,其阻抗值增加很多,电路中电流下降很快就使另一个线圈不能吸合,严重时将线圈烧毁。而对于直流线圈,只要其电阻阻值相等,一般是可以串联的。
3.3 在电路中要避免寄生回路
在电路设计完成后,一定要反复分析检查,避免产生寄生回路,影响电路工作的可靠性。
4结论
通过为期一周的课程实验设计,使学生较系统地掌握一般船舶机械设备上电气系统控制电路设计步骤和方法。在设计过程中,组织学生有针对性的参观,并配以多种形式有助于开拓设计思路的讲座。这样,学生设计起来没有盲目性,效率提高,可以得到很好的实习效果,学生自己动手查阅资料、设计电路、分析,最终完成并写出设计论文。学生在设计中应用所学知识自己就可以完成,切实感受到它的重要性,还培养了学生严谨的工作作风,为以后的工作也打下了良好的基础。
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