Масса — количество вещества.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»

К. В. Недялков

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

Рекомендовано Редакционно-издательским советом

Санкт-Петербургского государственного университета

водных коммуникаций

Санкт-Петербург

УДК 629.12.066:004:5(075.8)

ББК 39.455

Рецензенты

проф. кафедры СЭУ, ТС и Т СПГУВК

В. М. Приходько;

к.т.н., доцент кафедры САУ СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Т. Н. Королева.

Недялков К. В.

Теоретические основы судовой электромеханики: учебное пособие. — СПб.: СПГУВК, 2012. — 156 с.

В учебном пособии изложен курс теоретических основ судовой электромеханики. Курс теоретических основ судовой электромеханики отличается тем, что рассматривает электромеханику под углом зрения специалиста-эксплуатационника, каким является электромеханик. Столкнувшись с той или иной практической ситуацией, электромеханик должен произвести ее анализ в уме за считанные секунды, без всяких учебников, конспектов и вычислительных средств. Это можно сделать, если вооружить электромеханика теорией, основанной на следующих принципах:

- принцип идеализации;

- принцип единства механики и электричества;

- принцип относительных величин.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 180403.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок». Может быть рекомендовано для студентов, обучающихся по специальности 180407.65 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» как руководство в практической деятельности на судне.

УДК 629.12.066:004:5(075.8)

ББК 39.455

университет водных коммуникаций, 2012

Введение

Курс теоретических основ судовой электромеханики отличается тем, что рассматривает электромеханику под углом зрения специалиста-эксплуатационника, каким является механик или электромеханик. Столкнувшись с той или иной практической ситуацией, электромеханик должен произвести ее анализ в уме за считанные секунды, без всяких учебников, конспектов и вычислительных средств. На основе этого анализа он должен дать точный, теоретически обоснованный ответ на вопрос «Что делать в сложившейся ситуации?». Это можно сделать, если вооружить электромеханика теорией, основанной на следующих принципах:

1. Принцип идеализации. Этот принцип гласит: реальные судовые технические средства измерения электрических величин показывают идеальные соотношения электрических величин. Так, если произошло короткое замыкание, то стрелка реального судового вольтметра станет вблизи нулевой черты. В этом случае и следует считать, что напряжение равно нулю. Хотя, быть может, если измерить напряжение не щитовым прибором, а милливольтметром, то он покажет, что есть некоторое напряжение. Если измерить ток в трансформаторе на холостом ходу обычным амперметром (рассчитанным на 130% номинального тока), то амперметр покажет, что ток холостого хода также равен нулю. Поэтому можно считать, что реальная трансформаторная сталь идеальна. Принцип идеализации реализует принцип непрерывности процессов в судовой электротехнике, то есть малые возмущения вызывают и малые отклонения от идеальных параметров процесса. Практика эксплуатации судовых электроэнергетических установок показывает, что в судовой электротехнике он справедлив. Действительно, если электрический механизм в идеале не работает, то как же он будет работать в реальной обстановке различного вида потерь? Таким образом, этот принцип дает возможность делать простые логические умозаключения на строгой теоретической основе [1, с. 31–54].

2. Принцип единства механики и электричества. Третий закон Ньютона «Силе действия есть всегда равная сила противодействия, а движение будет таким, чтобы это противодействие имело место» является той основой, которая объединяет механические и электрические явления. Надо правильно смотреть на мир с позиций Ньютона, а не Аристотеля, который в своих началах механики более 3 тысяч лет назад писал: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие» [1, c. 30]. Это очевидно, но неверно. Такой ракурс с позиций третьего закона Ньютона значительно упрощает анализ электромеханических процессов. Мир не терпит сложностей. Сложности возникают от непонимания процессов действительности.

3. Принцип относительных величин. Эксплуатационник, как и любая современная управляющая система, должен рассматривать не абсолютные физические величины, а их отношение к базовым величинам. За базу обычно принимают номинальные паспортные данные механизмов и аппаратов. Этот принцип весьма удобен на практике. Так, взглянув на приборы с чертой около номинала, мы сразу определяем, как загружен механизм, и делаем из этого практические выводы. Теоретические положения настоящего курса электромеханики широко используют этот принцип для упрощения логических выводов. В частности, в относительных единицах все, что пропорционально, то равно (записывается в числитель), все, что обратно пропорционально, то равно инверсии (записывается в знаменатель). Это позволяет строить простые конструкции взаимоотношения величин в электротехнических процессах.

1. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

1.1. Масса

Масса — количество вещества.

Единица массы — 1 кг —литр воды.Литр — один кубический дециметр пространства (кубик, каждая сторона которого равна 10 см).

Рис. 1. Образное представление единицы массы

Единицу массы 1 кг обычно пишут курсивом.

1.2. Сила

Сила —объективная реальность, представленная человеку в ощущении мышечного напряжения (механическая сила).

Практическая система измерения силы.

Рис. 2. Образное представление единицы силы
в практической системе измерений

Согласно первому закону Ньютона все тела притягиваются друг к другу. Это притяжение пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (точнее, между центрами их масс). Поэтому 1 литр воды притягивается к Земле, и сила этого притяжения принимается за базовую единицу в повседневно используемой системе измерения сил (практической системе). Каждый человек представляет, какое мышечное напряжение дает груз весом в 1 килограмм. Под словом “вес” понимают силу взаимодействия массы с Землей. Обратите внимание, чтопри написании единицы силы, в отличие от единицы массы, “Г” стоит не курсивом, а прямо (часто букву Г пишут большой, чтобы подчеркнуть, что имеем дело с силой, а не с массой), а если используют курсив, то добавляют букву “с” (кгс).

Научная система измерения силы.

Практическая система измерения сил имеет тот недостаток, что при современных космических устремлениях человечества люди поняли, что на Луне тот же килограмм массы будет легче. Луна имеет меньшую массу, чем Земля. Поэтому сила притяжения массы к Луне будет меньше. Нужна одинаковая единица измерения силы как на Земле, так и на Луне и на других планетах. Такую единицу дает обращение ко второму закону Ньютона — закону инерции, который гласит, что сила действия на свободную от других воздействий массу пропорциональна массе и ее ускорению.

Рис. 3. Образное представление единицы силы 1 НЬЮТОН

Таким образом, две системы счисления сил связывает только 1 литр воды, который для них оказывается общим объектом.

Cила — величина векторная. Она имеет направление и величину и изображается стрелкой, указвающей направление действия силы. Длина стрелки пропорциональна величине силы.

Ускорение силы тяжести g = 9,8 м/с² @ 10 м/с².На практике удобно считать 10 м/с². Ошибка в 2% несущественна и лежит в пределах точности измерений самого g.

В нашем курсе примем g = 10 м/с².

Итак, в свободном падении тела движутся с ускорением 10 м/с².Это значит, что на единицу массы Земля действует с силой 10 Н. Это значит, что в одном кГ 10 Н. Это значит, что 1Н — это 100 г в практической системе единиц, к которой мы привыкли в обиходе. Эту величину силы уже можно представить в мышечных ощущениях. Как можно прочувствовать, 100 г или 1Н — не такая уж большая величина силы. Это надо иметь в виду при различных конкретных расчетах.