Контрольная работа по «Судовым информационно измерительным системам»

ФГБОУ ВПО

Камчатский  государственный технический университет

Факультет заочного обучения

Кафедра  электрооборудования и радиооборудования  судов

Дисциплина  «Судовые информационно измерительные системы»

Контрольная работа

                                                      Вариант №6

      Работу выполнил                                                 Работу принял

    студент заочного факультета                              доцент кафедры РЭС

     группы     12-ЭМ

     Сажин С.С.                                                             Толстова Л.А.

Петропавловск – Камчатский

2013г.       

Вопрос №6

Генераторная  секция  и секция управления ГРЩ.

Схемы главных распределительных  щитов разрабатываются применительно  к типу судна с учетом количества, типов, расположения и способов управления генераторных агрегатов, а также  с учетом мощности и количества потребителей электроэнергии.

В настоящее время на судах  применяются типовые схемы судовых главных распределительных щитов, содержащие унифицированные узлы и элементы, которые обеспечивают:

- длительную раздельную  и параллельную работу генераторных агрегатов, установленных в одной электростанции;

- кратковременную параллельную  работу основных генераторных агрегатов со стояночным генератором и источниками питания с берега;

- перевод нагрузки с  одного генераторного агрегата  на другие без перерыва  питания;

- возможность подключения  к ГРЩ источников питания с  берега и щита  аварийного генераторного агрегата;

- включение и переключение  в кратчайшее время коммутационных аппаратов при переходе с одного режима на другой;

- возможность секционирования  участков шин главного распределительного щита, относящихся к генераторам и потребителям;

- контроль электрических  величин;

- автоматическое регулирование  напряжения генераторов и дистанционного  управления регуляторами скорости  первичных двигателей;

- защиту генераторных  агрегатов и участков судовой  сети от коротких замыканий  и перегрузок с обеспечением  избирательного отключения воздушных автоматических выключателей.

Схемы генераторных секций отличаются для электростанций постоянного

и переменного тока, также  отличаются схемы генераторных секций переменного тока в зависимости  от типа синхронного генератора и  системы автоматического регулирования  напряжения (системы возбуждения).

Генераторная  панель электростанции постоянного  тока.

На рис.4.10 приведена схема  включения измерительной аппаратуры панели генератора постоянного тока смешанного возбуждения, рассчитанного на параллельную работу с аналогичными генераторами. В соответствии с Правилами Регистра РФ измерительная аппаратура генератора состоит из амперметра А с внешним шунтом, амперметра в цепи возбуждения А_в и вольтметра с переключателем. Шунт R_ш амперметра А включен в шину, присоединенную  к положительному полюсу генератора, противоположному тому, куда включается последовательная обмотка возбуждения генератора. Амперметр А измеряет ток нагрузки, а амперметр А_в – ток параллельной обмотки возбуждения генератора. Для измерения э.д.с. генератора и напряжения на шинах станции при включении генератора на параллельную работу его вольтметр снабжен переключателем ПВ, позволяющим измерять обе указанные величины. В обоих случаях последовательно с вольтметром включают плавкие предохранители, защищающие измерительные цепи от длительного протекания тока короткого замыкания при возникновении его в цепях вольтметра.

Рис. 4.10. Схема  генераторной панели судовой электростанции постоянного тока.

Генераторная  панель электростанции переменного  тока.

На рис.4.11 приведена схема  включения измерительной аппаратуры трехфазного синхронного генератора, установленной на генераторной панели ГРЩ судовой электростанции переменного  тока. Подключение измерительных  приборов к цепи статора выполняется  с помощью измерительных трансформаторов  тока и напряжения. Первичные обмотки  трансформаторов тока включены в  фазы А и С, а в их вторичные обмотки согласно схеме включены три амперметра. По амперметрам А_а и А_с протекают токи I_а и I_с фаз А и С, а по амперметру А_в – геометрическая сумма этих токов, равная току I_в фазы В. Последовательно с амперметрами включены последовательные цепи сдвоенного ваттметра, соединенного по схеме двух ваттметров. К первичным обмоткам трансформатора напряжения подведены линейные напряжения генератора U_ав и U_св, к их вторичным обмоткам подключаются параллельные цепи ваттметров и вольтметр V с переключателем ПВ. Как следует из схемы на рис.4.11, при замыкании контактов 3 и 6 переключателя вольтметр измеряет линейное напряжение U_ас, при замыкании контактов 2 и 7 – напряжение U_св, а замыкание контактов 4 и 5 подключает к вольтметру напряжение U_ав.

Рис.4.11. Схема  генераторной панели судовой электростанции переменного тока.

Обычно во вторичные цепи измерительных трансформаторов  тока и напряжение, помимо измерительных  приборов, включаются цепи приборов автоматической защиты контролируемого объекта (на рис.4.11 не представлены).

Для измерения частоты  тока на шинах станции, а также  частоты тока синхронного генератора при включении его на параллельную работу на генераторной панели установлен частотомер H_z, подключаемый ко вторичной обмотке трансформатора напряжения.

К этому же трансформатору подключается синхроноскоп S, снабженный переключателем ПС. С помощью переключателя на синхроноскоп подается напряжение шин станции и э.д.с. синхронизируемого генератора.

При замыкании контактов  ПС 2, 4 и 6  к синхроноскопу подводится напряжение генератора Г₁, а при замыкании контактов 1, 3 и 5 -  генератора Г₂. Напряжение шин станции, по отношению к которому осуществляется синхронизация генератора, подается на синхроноскоп в обоих указанных случаях.

Фазометр ф  - прибор ферродинамической системы. Фазометр показывает величину коэффициента мощности генератора. При параллельной работе генераторов полезно следить, чтобы все генераторы имели одинаковый коэффициент мощности и, следовательно, чтобы правильно распределялась между ними реактивная мощность. Однако установку фазометра можно считать не обязательной, так как величину коэффициента мощности определяют на основании показаний амперметра, вольтметра и ваттметра. Ваттметр измеряет активную мощность генератора и, следовательно, характеризует загрузку не только генератора, но и его первичного двигателя.

Последовательно с первичными обмотками трансформаторов напряжения, а также с приборами, подключаемыми  к их вторичным обмоткам, согласно Правилам Регистра РФ включаются плавкие  предохранители. Они защищают цепи приборов и обмотки трансформаторов напряжения от токов короткого замыкания. Во вторичных цепях трансформаторов тока плавкие предохранители в соответствии с Правилами Регистра РФ не установлены. Вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения заземлены (присоединены к корпусу судна) в целях безопасности эксплуатации.

Непрерывный контроль сопротивления изоляции судовой  сети.

Для предупреждения, своевременного обнаружения и устранения неисправностей на судах непрерывно контролируют и измеряют щитовыми приборами сопротивления изоляции отдельно силовой сети R_e и сети освещения R_oc вместе с соответствующими приемниками электроэнергии. Основной причиной резкого изменения R_c и R_oc является включение или отключение кабелей и приемников с пониженным сопротивлением изоляции. При включении или отключении приемников по изменению R_c и R_oc можно судить о значении сопротивления изоляции соответствующих приемников и их фидеров.

Устройства непрерывного контроля подают звуковой и световой сигналы о снижении сопротивления изоляции в судовой сети ниже заданного значения.

Принцип действия большинства  приборов, предназначенных для работы в сетях переменного тока, находящихся  под рабочим напряжением, основан  на использовании метода наложения  постоянного измерительного напряжения на контролируемую сеть переменного  напряжения.

Наиболее часто на рыболовецких судах применяются устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции типов  УКИ-1,  „Электрон",  ПКИ,  БКИ  отечественного производства. Устройства работают на принципе наложения постоянного тока на контролируемую сеть переменного тока и обеспечивают автоматический непрерывный контроль сопротивления изоляции сетей одно- и трехфазного тока напряжением до 400 В, частотой 50 - 400 Гц с незаземленной нейтралью, как при наличии, так и отсутствии напряжения в контролируемой сети. Возможность использования указанных устройств определяется их уставками для сопротивления изоляции,  в кОм: „Электрон" и ПКИ —пять уставок в пределах 500-25; УКИ-1— три уставки в пределах 500. . .50; БКИ — четыре уставки в пределах 200.. .25.

На рис. 4.12  показана структурная  схема устройства УКИ-1.

Рис4.12. Структурная схема судового устройства непрерывного контроля

сопротивления изоляции типа УКИ-1.

Судовой прибор УКИ-1 (устройство контроля изоляции) состоит из двух таких схем для контроля R_c и Rue в сетях напряжением 380 и 220 В. Переключателем SA обеспечиваются три указанные выше уставки R. Питание устройства осуществляется or сети переменного тока 127В (выводы Л 2). К выходу устройства (выводы 5,6), где при срабатывании УКИ-1 возникает напряжение 24 В, подключаются  сигнальные элементы - звонок и  сигнальная  лампа.

Схема состоит из следующих  основных элементов:

блок питания, состоящий  из трансформатора Т и выпрямителей VZ1—VZ3;

усилитель постоянного тока VI с высокоомным входом, выполненный на четырех транзисторах;

триггер Шмидта па двух транзисторах;

выходной усилитель на двух транзисторах.

Двухполупериодпьй выпрямитель VZ3 подает питание 24 В на транзисторную схему. Двухполупериодный выпрямитель VZ2 создает напряжение смещения. В контролируемой судовой сети СС постоянное напряжение создается выпрямителем VZ1 мегаомметра. Вывод VZ1 ( - ) соединен с контролируемой сетью СС (220 или 380 В), а вывод (+) к выводу 3 УКИ-1. Измерительная цепь УКИ-1 включает в себя резистор R7, какой-либо один резистор уставки  R_у1.._Уз,  контакт переключателя SA и вывод 9, соединенный с корпусом. Измерительная цепь замыкается через все пути утечки в изоляции сети на шину СС. Ток в измерительной цепи зависит таким образом от R_с  (или R_oc) и создает на резисторе уставки падение напряжения, которое является входным для усилителя постоянного тока VI.

Когда напряжение на резисторе  уставки достигнет заданного значения, на выходе VI появляется сигнал, достаточный для запуска триггера Шмидта V2 (триггер переходит в другое устойчивое состояние). При этом выходной сигнал триггера V2 является входным для усилителя V3, на  выходе которого появляется напряжение 24 В (выводы 5, 6), приводящее к срабатыванию звонка и сигнальной лампы.

Норвежская фирма Autronica создала  автоматизированную систему контроля сопротивления изоляции System AJ-1 с  генератором оперативного напряжения частотой 5 Гц. Фирма Merlin Gerin (Франция) выпускает  приборы Vigilohm System XM-200 с оперативным  источником частотой 2,5 Гц.

 В ряде случаев вместо  источника напряжения непромышленной  частоты используют вспомогательный  источник постоянного напряжения  переменной полярности. Так, фирма  Bender (Германия), выпускает прибор IRDH 265-4.

Характерным устройством  иностранного производства является комплект пофидерного контроля сопротивления изоляции типа AJ норвежской фирмы „Аутроника" (рис. 4.13). Комплект AJ обеспечивает непрерывный автоматический контроль сопротивления изоляции сети, находящейся под рабочим напряжением до 500 В при частоте от 45 до 65 Гц с тремя уставками в пределах 50.. .2 кОм, а также поиск места неисправности кабеля при снижении сопротивления изоляции ниже 20 кОм.

Комплект AJ-1 предназначен для контроля сопротивления изоляции одновременно трех, электрически не связанных сетей. Контроль сети осуществляется устройством контроля А, которое как и УКИ-1 работает по принципу наложения постоянного тока на сеть переменного тока. Подключение А к каждой аз контролируемых сетей 1, 2, 3 производится посредством автоматического селектора SA. После обнаружения устройством А факта снижения значения сопротивления изоляции в одной из контролируемых сетей оно подключает к этой сети через фильтр Z источник тестового сигнала G с напряжением частотой 5 Гц.

На фидерах контролируемой сети установлены датчики  U -  трансформаторы тока нулевой последовательности. Датчики через мультиплексор (коммутатор) на 16 контролируемых точек присоединяются к приемнику UZ 5 Гц  -  измерителю тока утечки, создаваемого источником тестового сигнала на частоте 5 Гц. Если сопротивление какого-либо  контролируе

мого фидеpa меньше уставки, т. е. ток утечки на частоте 5 Гц, протекающий через окно соответствующего датчика U, больше установленного значения, то приемник UZ включает световую сигнализацию HL (загорается светодиод этого фидера) и звуковую НА. Таким образом устройство AJ-1 контролирует сопротивление изоляции сети и автоматически, без обесточинання сети, определяет фидер со сниженным сопротивлением изоляции.

Рис.4.13. Структурная  схема комплекта пофидерного контроля сопротивления изоляции

судовой сети типа AJ.

Комплект АJ-2 (рис. 4.14) применяют для определения места неисправности фидера.

Датчиком U1, устройство которого подобно токоизмерительным клещам, охватывается поврежденный фидер (кабель). Затем датчик U1 перемешают вдоль фидера и при прохождении датчиком места утечки, т. е. места К снижения сопротивления, приемник  Р 5 Гц с измерительным прибором не фиксирует наличие тока утечки. Это позволяет определить место неисправности кабеля.

Рис.4.14. Структурная  схема устройства АJ-2.

Вопрос №26

Рис.9.1 Структурная  схема обобщенной электронной информационно  измерительной системы.

 Наибольшее количество  компонентов содержит центральный  электронный блок, где и осуществляется основная обработка электрических сигналов. По отношению к нему все остальные блоки можно считать периферийными. Периферийные блоки находятся в более жестких условиях и большинство отказов происходит именно в них. Центральный электронный блок  и периферийные блоки как правило имеют различное конструктивное исполнение.

Конструктивная единица  электронного блока – печатная плата (модуль).  Печатные платы характеризуются следующими признаками:

• основной компонент – интегральная микросхема, которая характеризуется высокой плотностью монтажа и отсутствием износа;
• высокое качество монтажа;
• цепи высокоомные, подключаемые для измерений приборы оказывают на них влияние;
• наличие разъемов, малое время на замену;  относительно благоприятные внешние условия.

Ремонт электронного блока  целесообразен на уровне модулей - заменой  печатных плат из набора запасных частей. При умеренной плотности монтажа  возможна замена таких элементов как транзисторы, диоды и другие дискретные элементы, а также замена интегральных микросхем малой степени интеграции, отказ которых можно надежно идентифицировать в судовых условиях.

Периферийные блоки характеризуются  следующими признаками:

• объёмный способ выполнения монтажа (без печатных плат);
• низкая плотность монтажа, доступность для измерений и замены;
• ручная сборка, качество сборки ниже чем в печатных платах;
• смешанная комплектация: блоки могут содержать дискретные электронные элементы; электрические и электромеханические узлы (реле, трансформаторы, переключатели); интегральные микросхемы отсутствуют или представлены в малом количестве;
• жесткие условия работы;
• изнашиваемость, в том числе механическая, ряда компонентов (реле, ламп, изоляции, датчиков, кнопок, переключателей, переменных резисторов).

Ремонт таких  блоков целесообразен и возможен на уровне отдельных элементов, а  не модулей.

При поиске отказавшего элемента (блока) необходимо:

• использовать имеющиеся в электронной системе средства встроенного контроля;
• изучить техническую документацию, особенно рекомендации по устранению типовых неисправностей и следовать им;
• если рекомендации не дали результата, вести поиск в направлении от сложного блока к простому (система – блок – модуль – элемент), применяя изложенные ниже методы.

 Рекомендуется следующий  порядок поиска неисправного  блока, от наименее, к наиболее  надежному:

• блок питания и средства защиты;
• кабели и электрические соединители (разъемы);
• датчики и исполнительные механизмы (ИМ);
• средства коммутации, сигнализации, индикации;
• центральный электронный блок и его модули.

В порядке усложнения можно  рекомендовать следующие методы.

1. Внешний осмотр (без привлечения специальных  измерительных средств, без подачи  питания).

При осмотре обращается внимание на следующие факторы:

• изменение формы элемента;
• изменение цвета элемента;
• состояние проводящих и изоляционных покрытий;
• состояние соединений и паек.

В датчиках и исполнительных механизмах  в первую очередь  проверяется их механическое крепление, отсутствие недопустимого механического износа (если таковой вообще допустим), загрязнения. На аналогичные факторы обращается внимание при осмотре средств коммутации, регулировки и сигнализации.

В блоке питания проверяется  отсутствие следов перегрева - потемнение поверхностей, вздутие элементов, оплавление изоляции, надежность крепления массивных  элементов.

В разъемных соединениях  проверяется надежность фиксации подвижной  части разъёма, состояние контактных поверхностей, которые должны быть чистыми, без явных следов коррозии и потемнений.

В электронных платах проверяется:

• изменение цвета и формы элементов (потемнение резисторов, транзисторов, вздутие конденсаторов);
• отсутствие потемнения токоведущих дорожек, следов их окисления, отслоений дорожек, наличие слоя защитного лака;
• состояние контактных поверхностей имеющихся на плате съемных перемычек, их надёжная фиксация; надёжная фиксация микросхем в контактных панельках;
• отсутствие замыкание между соседними электропроводящими дорожками, особенно при плотном монтаже.

Элементы с обнаруженными  признаками неисправности подлежат проверке их параметров. Если для осмотра требуется демонтаж элемента (блока) то его предварительно следует обесточить.

Тщательный внешний осмотр позволяет обнаружить значительное число неисправных элементов.  

2. Определение  неисправного элемента или блока  без подачи питания, инструментальными средствами.

Если осмотр не дал результатов, то определение неисправного элемента может производиться путем измерения сопротивлений омметром участков цепей подозреваемого блока или элемента. При этом следует иметь либо техническую документацию, включая принципиальную схему и схему расположения элементов в блоке, либо аналогичный, заведомо исправный блок из состава запасных частей. В первом случае следует анализом схемы наметить проверяемые (потенциально слабые) элементы цепи, измерять их сопротивление и, зная характеристики элементов интерпретировать результаты. Во втором случае измерение может носить формальный  характер и основано на сопоставлении результатов.

В качестве омметра следует  использовать прибор со встроенным низковольтным  источником питания (батарея из 3-х гальванических элементов) напряжением не более 5В. Этому требованию удовлетворяет ампервольтомметр – автономный комбинированный измерительный прибор или мультиметр. Создаваемое им напряжение безопасно для измеряемых цепей, а ток ограничен внутренним сопротивлением и не превышает 10 мА (обычно 1 мА).

Использование мегаомметра недопустимо. Он создаёт напряжение до 500В – опасное для электроники. При выполнении измерений нужно учесть полярность подключения, т.к. полупроводниковые элементы, как правило, полярные.

Использование омметра весьма эффективно. Особенно при поиске обрывов  или коротких замыканий, однако требует  некоторого навыка. Причем почти всегда стрелочный прибор более предпочтителен по сравнению с цифровым - точность высокая не нужна, а его показания более наглядны.

При измерении сопротивления  элементы могут не демонтироваться, но в ряде случаев, чтобы получить достоверный результат, следует  отсоединить один из двух  выводов  от остальной части схемы. В противном  случае, подключённая к проверяемому элементу остальная часть схемы, создаст дополнительный путь протекания тока, что исказит результат измерения.

При проверке омметром элементов, смонтированных на печатной плате, временное  их отсоединение может выполняться  перерезанием печатных проводников, подходящих к проверяемому элементу. После проверки на места разрезов следует припаять перемычки. Такой способ локализации проверяемых элементов весьма эффективен и, что важно, - безопасен для них.

3. Определение  неисправного элемента или блока  под питанием, инструментальными  средствами.

В судовых электронных  системах сигналы представлены уровнями напряжений. Поэтому этот способ рассчитан  на применение  вольтметра. Прямое измерение  тока трудно осуществимо, т.к. требуется разрывать участок цепи.

Вольтметр имеется в составе  мультиметра. Основное требование к нему – высокое входное сопротивление, которое должно быть не менее 20кОм на вольт. Цифровые вольтметры (в составе мультиметров) всегда имеют высокое сопротивление (1МОм). Низкое входное сопротивление искажает результат измерения.

Использование вольтметра требует  более высокой квалификации. При  этом, как и в случае с омметром, требуется иметь либо техническую документацию, либо исправный аналогичный блок. Измеренные вольтметром напряжения должны сопоставляться с указанными в документации или с  напряжениями в заведомо исправном блоке. На этом основании следует сделать выводы  о работоспособности блока или его элементов. Поскольку измерения выполняются при поданном питании, то это связано с некоторым риском, как для проверяемой схемы, так и для человека. Поэтому они должны выполняться с особой аккуратностью. Например, случайное кратковременное закорачивание щупом вольтметра близко расположенных выводов полупроводникового прибора, может его вывести из строя вследствие созданной электрической перегрузки. С позиции опасности для человека, следует учесть, что электроника питается, как правило, невысоким напряжением (до 27 В), не опасным для жизни. Однако в ряде блоков, например в блоках питания напряжение может быть значительно большим. Кроме этого, в аварийных случаях повышенное напряжение может попасть в низковольтные цепи. Поэтому защитное заземление корпуса электронного блока должно быть исправно, обслуживающий персонал должен пользоваться индивидуальными средствами защиты от поражения током.

Применять более  сложные, чем омметр или вольтметр  инструментальные средства  в судовых  условиях нецелесообразно – если неисправность не может быть обнаружена с их помощью, то электронный модуль следует передать для ремонта  специализированной береговой службе.          

Вопрос №46

Генератор линейно-изменяющегося  напряжения ГЛИН представляет собой управляемый генератор с отрицательной обратной связью по напряжению (рис. 6.6).

.

Рис. 6.6. Генератор  линейно-изменяющегося напряжения системы Шипка.

Ключ генератора собран на транзисторе Т1, а сам генератор собран на" составном транзисторе Т2, ТЗ. Цепочка резисторов R2—R4 и конденсатор С1 определяют время прямого хода ГЛИН. Ключ генератора Т1 в исходном состоянии открыт, транзисторы Т2, ТЗ закрыты. Конденсатор С1 заряжается через открытый транзистор  Т1 и резистор R5.

С приходом на вход импульса положительной полярности Т1 закрывается, Т2, ТЗ открываются и конденсатор С1 начинает разряжаться через открытые транзисторы и резисторы К2—К4 до значения напряжения источника смещения +10 В. Через время, равное 40—42 мс, на вход транзистора Т1 приходит импульс отрицательной полярности, и схема возвращается в исходное состояние, т. е. ключ Т1 открыт, а транзисторы Т2 и ТЗ закрыты