Расчет и выбор двигателей

Содержание

Введение 3
1 Общая характеристика 5
2 Требования 7
3 Расчет и выбор двигателей 9
4 Схемы главного тока. Достоинства и недостатки 11
5 Системы возбуждения 13
6 Основные виды защиты 16
7 Перспективы 18
8 Примеры. Схемы главного тока 20
Заключение 25
Список использованной литературы 26

Введение
Для надежной стоянки на якоре, у причалов и других плавучих и береговых сооружений суда оборудуют якорными и швартовными механизмами. Обычно операции по подтягиванию швартовного каната, отдаче якоря, отрыву от грунта, подъему и уборке якоря в клюз выполняют на судах одним механизмом, снабженным звездочкой для якорной цепи и швартовным барабаном для швартовов (стальных, пеньковых, капроновых и других канатов).
Якорно-швартовные механизмы, выполняющие такие операции, подразделяют на шпили и брашпили. Первые имеют вертикальную ось вращения тяговых органов, вторые — горизонтальную. У шпиля — одна звездочка и один швартовный барабан (если шпиль звездочки не имеет, его называют швартовным). У брашпиля обычно две звездочки и два швартовных барабана. Шпили и брашпили, входящие в состав якорных и швартовных устройств, подразделяют на малые (с цепями калибров до 28 мм и тяговым усилием до 15 кН), средние (с цепями калибров 29—46 мм и тяговым усилием 16—50 кН) и крупные (с цепями калибров более 46 мм и тяговым усилием более 50 кН).
По роду используемой энергии якорно-швартовные механизмы могут быть ручными, электрическими и гидравлическими. Ручные шпили и брашпили применяют в основном на несамоходных судах с якорями массой до 400 кг и калибром якорных цепей до 19 мм. Наиболее распространенным приводом якорно-швартовных механизмов является электрический, небольшая часть судов эксплуатируется с паровыми шпилями и брашпилями, в последнее время внедряется и гидравлический привод.
На вал электродвигателей якорно-швартовных механизмов устанавливают тормоз, предназначенный для удерживания тяговых органов от вращения под нагрузкой, превышающей на 50% номинальную. Мощность шпилей (брашпилей) по правилам Речного Регистра РСФСР должна быть достаточной для подтягивания судна к якорю, отрыва и подъема якоря со скоростью не менее 0,12 м/с при номинальном тяговом усилии на звездочке. Шпили должны выбирать канаты при номинальном тяговом усилии с установленной скоростью (не более 0,3 м/с) и при необходимости создавать двухкратное усилие на швартовном барабане в течение 15 с.
1 Общая характеристика
Электропривод якорно-швартовых устройств обеспечивает отдачу и выбирание якорной цепи и якорей, подтягивание судна к причалу и выбирание свободных швартовых концов. На судах применяются два вида якорно-швартовых устройств: брашпиль и шпиль.
В конструкции брашпиля якорные звездочки, осуществляющие зацепление звеньев якорной цепи, и швартовные барабаны располагаются горизонтально. Механизм и электропривод брашпиля позволяют отдавать и выбирать два якоря одновременно и отдельно [1].
В конструкции шпиля швартовный барабан и якорная звездочка располагается вертикально. Механизм шпиля обслуживает только один якорь. Преимущество шпиля заключается в том, что весь его механизм с электроприводом, кроме барабана и поста управления, располагаются под палубой, благодаря чему якорно-швартовные шпили нашли широкое распространение на военных кораблях
На судах транспортного флота обычно на баке устанавливается якорно-швартовный брашпиль, а на корме – швартовный шпиль (иногда два шпиля).
К современным электроприводам якорно-швартовных устройств предъявляются следующие требования:
Электропривод брашпиля должен обеспечивать выбирание любой из якорных цепей со скоростью не менее 10 м/мин при расчетном тяговом усилии непрерывно в течении 30 мин.
при подходе к клюзу скорость выбирания должна быть не более 10 м/мин.
Электропривод должен обеспечивать и одновременное выбирание свободно висящих якорей с половины номинальной глубины для данного судна, устанавливаемой в зависимости от диаметра якорной цепи
Скорость выбирания швартовного троса при номинальном тяговом усилии не должна превышать 18 м/мин.
Во время швартовных операций электропривод должен быть способен развивать в течении 15 с усилие в швартовном тросе, в 2 раза превышающие номинальное значение
Электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором должны после 30-минутного режима работы с номинальной нагрузкой выдерживать стоянку под током в течении 30 с для якорных механизмов и 15 с для швартовных
Электродвигатели с фазным ротором и электродвигатели постоянного тока должны выдерживать режим стоянки под током при моменте, в 2 раза превышающем номинальный момент двигателя. После этого перегрев должен составлять не более 130% допустимого нагрева двигателя, зависящего от класса его изоляции.
Электропривод якорно-швартовных устройств должен оборудоваться тормозным устройством, автоматически затормаживающим привод при его выключении или при исчезновении напряжения питания.
Электродвигатель якорного устройства в процессе съемки судна с якоря работает в кратковременном режиме с переменной нагрузкой.
2 Требования
К электроприводам якорно-швартовных механизмов предъявляются следующие требования:
– возможность их использования при заданных условиях погоды и моря;
– надежность и безотказность в работе, в частности при колебаниях параметров питающей сети, установленных соответствующими правилами и нормами;
– возможность пуска в ход под полной нагрузкой;
– поддержание необходимого тягового усилия при малых скоростях выбирания цепи или троса вплоть до полной остановки;
– соразмерность максимального усилия тяги, развиваемого исполнительным электродвигателем, с прочностью цепи или троса;
– получение нормированных скоростей подъема якоря после отрыва от грунта, выбирания швартов и втягивания якоря в клюз;
– способность удержания якоря на весу в случае потери питания электроэнергией;
– обеспечение безопасного спуска якоря на заданную глубину;
– небольшие масса, габариты и стоимость установки;
– удобство и простота управления и обслуживания.
Все якорно-швартовные механизмы обычно выпускаются с электрооборудованием морского исполнения переменного тока 380 и 220 В частотой 50 Гц и постоянного тока 220 В.
Электродвигатели, командоконтроллеры, кулачковые контроллеры и другие элементы электрооборудования, устанавливаемые на палубе, должны быть водозащищенного исполнения; магнитные контроллеры, устанавливаемые в помещениях, должны быть брызгозащищенного исполнения.
Якорно-швартовные механизмы должны допускать возможность оборудования их устройствами для дистанционной (с мостика) отдачи якоря. Они также должны быть снабжены счетчиками длины вытравленной якорной цепи, допускающими установку дистанционных репитеров.
Якорно-швартовные механизмы оборудуются автоматическим тормозом на валу электродвигателя с устройством для ручного растормаживания. Тормоз предназначен для удерживания механизма от разворота при действии в цепи на звездочке (соединенной с приводом) статического усилия извне, величина которого составляет не менее 1,3–2,0 номинального. Для швартовных шпилей это усилие составляет 1,5 номинального тягового усилия шпиля [2].
3 Расчет и выбор двигателей
Якорно-швартовные механизмы выполняются с электрическим приводом преимущественно переменного тока с напряжением 380 В, частотой 50 Гц и переключаемым числом пар полюсов и с гидравлическим приводом, гидрооборудование которого может быть рассчитано на 10, 16, 25 и 32 МПа с питанием от автономной насосной станции или судовой системы гидравлики.
Приводные двигатели якорно-швартовных механизмов снабжаются автоматическим нормально замкнутым тормозом, замыкающимся при прекращении подачи энергии к двигателю. При отсутствии электропитания или давления рабочей жидкости в гидросистеме двигатель может быть расторможен специально предусмотренным ручным устройством. Тормоз должен удерживать в неподвижном состоянии звездочку при действии в якорной цепи статического усилия, превышающего номинальное не менее чем в 1,3; 1,6 и 2,0 раза соответственно для механизмов первой, второй и третьей групп. У швартовных шпилей тормоз должен удерживать турачку в неподвижном состоянии при действии в канате статического усилия, превышающего номинальное тяговое усилие не менее чем в 1,5 раза [3].
Приводные двигатели якорно-швартовыых механизмов должны осуществлять следующие режимы работы:
Номинальный - основной режим, обеспечивающий расчетное тяговое усилие и скорость выбирания якорь-цепи при подтягивании судна к якорю во время его подъема. Эта часть операции происходит при наибольшей нагрузке и рассчитана на 30 мин у механизмов первой и третьей групп и на 15 мин у механизмов второй группы. Предельное усилие в якорь-цепи возникает при отрыве якоря от грунта. В этот период электродвигатель должен развивать пусковой момент, а гидродвигатель - крутящий момент, который не менее чем вдвое превышает номинальный. Электродвигатель при этом останавливается и находится под током, а при остановке гидродвигателя происходит перепуск рабочей жидкости через предохранительный клапан. Двигатели рассчитываются на работу в этом режиме в продолжение не менее 30 с.
Выбирание якорь-цепи с малой скоростью и пониженным тяговым усилием при втягивании якоря в клюз. Время работы на этом режиме не менее 3 мин.
Выбирание швартовного каната с номинальным тяговым усилием и номинальной скоростью до 0,3 м/с у большинства моделей якорно-швартовных механизмов рассчитано на 30 мин. Номинальное тяговое усилие у разных моделей колеблется от 8 до 140 кН.Выбирание швартовного каната с малой скоростью, не превышающей 0,15 м/с, при работе вблизи причала с тяговым усилием на турачке не менее 0,75 номинального в течение 3- 5 мин.
Выбирание ненагруженного каната при условном расчетном тяговом усилии, равном 0,2 номинального, с повышенной скоростью 0,40-0,67 м/с в течение 10 мин.
Для некоторых моделей механизмов второй, четвертый и пятый режимы не предусматриваются.
Осуществление операций с помощью якорно-швартовных механизмов и выбор необходимого режима выполняются поворотом маховиков и перемещением рукояток на посту управления. Направление их движения регламентировано требованиями Регистра СССР и государственных стандартов. Выбирание якорь-цепи или швартовного каната осуществляется поворотом маховика управления по часовой стрелке или перемещением рукоятки на себя. Для травления якорь-цепи или швартовного каната органы управления перемещают в противоположном направлении. Затормаживание механизма осуществляется вращением маховика по часовой стрелке, при этом усилие на маховике ручного тормоза не должно превышать 0,65 кН для механизмов первой и второй групп и 0,5 кН - для механизмов третьей группы.
4 Схемы главного тока. Достоинства и недостатки
Системы контакторного управления в главных цепях (рис. 1) широко применяются для электроприводов кратковременного и продолжительного режимов. Ниже приводится перечень основных достоинств и недостатков систем контакторного управления.
Достоинства: а) относительно малая стоимость средств управления; б) простая надежная аппаратура, большой выбор аппаратуры; в) при редких пусках и реверсах достаточное быстродействие (измеряется десятыми долями секунды); г) простота устройств защиты, малая вероятность возникновения аварийного состояния; д) не требуется высокой квалификации обслуживающего персонала.
Недостатки: а) неэкономичность при частых пусках; б) малая жесткость рабочих характеристик при пониженных скоростях (рис. 1,в, г) громоздкость аппаратуры, необходимость постоянного ухода за аппаратурой с заменой или ревизией деталей; г) системанеприемлема при большом числе включений вследствие недостаточного быстродействия аппаратуры постоянного тока (время включения контактора 0,12—0,35 сек), перегрева катушек аппаратов переменного тока (кратность пускового тока Iп/Iуст = 10: 18), повышенного нагрева машин из-за толчков тока, быстрого износа аппаратуры и механизмов; д) практически неприемлема при необходимости автоматического поддержания заданной скорости и изменения скорости в пределах более чем 1:3 [4].
Рис. 1. Системы контакторного управления: а —примерная схема электропривода постоянного тока; б — то же, но с двигателем переменного тока, имеющим фазный ротор; в — механические характеристики электропривода постоянного тока; г — то же, во электропривода переменного тока; В, Η, Т — реверсивные контакторы; 1У, 2У, 3У — контакторы ускорения; п0-с — скорость идеального холостого хода;М, Iя — электромагнитный момент двигателя, ток якоря.
При наладке двигателей со ступенчатым контакторным управлением особое внимание должно быть уделено проверке их устойчивости к толчкам тока, к большим ускорениям и замедлениям.
Рис. 2. Система «генератор— двигатель» (Г—Д). а — схема цепи главного тока; а— механические характеристики электропривода; Uг.мкс, Uг2, Uг3, Urk - напряжения, поддерживаемые на якоре генератора; Iв. г, Iв. д — токи возбуждения генератора и двигателя.
5 Системы возбужденияСинхронные двигатели промышленного назначения получают электромагнитное возбуждение от независимого источника постян- ного тока. В качестве таких источников используют: генераторы постоянного тока (возбудители), которые могут располагаться на одном валу с синхронным двигателем (рис. 3,б) или приводиться во вращение отдельным двигателем (рис. 3,а); тиристорные управляемые выпрямители, которые могут получать питание от промышленной сети (рис. 3,в), либо от специального генератора переменного тока, располагаемого на одном валу с синхронным двигателем. В последнем случае (рис. 3,г) полупроводниковые выпрямители располагаются на роторе синхронной машины (система с вращающимися выпрямителями), поэтому не требуются щетки и кольца для подвода тока к обмотке возбуждения, т.е. синхронная машина становится бесконтактной.
Во время разгона, когда двигатель работает в асинхронном режиме, возбудитель может быть подключен к обмотке ротора при снятом напряжении возбудителя (схема с глухоподключенным возбудителем), а может быть отключен от обмотки возбуждения контактором КМ. В последнем случае обмотка возбуждения замыкается на сопротивление или замыкается накоротко. Оставлять концы обмотки возбуждения во время разгона разомкнутыми нельзя, так как в обмотке при больших скольжениях наводится значительная ЭДС скольжения.
При использовании в качестве возбудителя тиристорного преобразователя или вращающихся выпрямителей во время пуска обмотка возбуждения закорачивается через шунтирующие тиристоры.
Рис. 3. Схемы возбуждения синхронного двигателя с питанием обмотки возбуждения: а — от отдельного мотор-генератора; 6 — от генератора, расположенного на валу синхронного двигателя; в — от тиристорного возбудителя; г— от встроенного генератора
Рассмотрим схему на рис.3,в. При пуске двигателя в асинхронном режиме напряжение тиристорного преобразователя UD равно нулю. В обмотке возбуждения индуктируется переменная ЭДС скольжения, под действием которой через стабилитроны VD открываются вспомогательные тиристоры VS, и обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление R. Когда двигатель достигает подсинхронной скорости, ЭДС скольжения становится малой, стабилитроны запираются, и тиристоры VS отключают разрядное сопротивление, после чего в обмотку возбуждения подается постоянный ток от преобразователя UD.
В последние годы получили распространение возбудители, встроенные в конструкцию синхронной машины (см. рис. 3,г). Возбудитель состоит из синхронного генератора Г, ротор которого расположен на валу синхронного двигателя Д, неуправляемого выпрямителя, вспомогательных тиристоров VS и разрядных сопротивлений R2 и R3, также размещенных на валу синхронного двигателя. Регулирование тока возбуждения производится изменением тока возбуждения генератора Г. По достижении подсинхронной скорости цепи, шунтирующие обмотку возбуждения, размыкаются, и в обмотку подается постоянный ток, после чего двигатель втягивается в синхронизм, его скорость достигает синхронной, и в дальнейшем он работает в синхронном режиме.
Регулирование тока возбуждения двигателя при работе в синхронном режиме осуществляется, как правило, САР возбуждения. Она выполняет две основные функции. Первая — обеспечение устойчивой работы в синхронном режиме. При набросах нагрузки или при снижении питающего напряжения САР возбуждения форсирует (увеличивает) ток возбуждения, благодаря чему увеличивается максимальный момент двигателя в синхронном режиме. Вторая — осуществление автоматического регулирования реактивной мощности, циркулирующей в статорной цепи двигателя.
6 Основные виды защиты
Якорно-швартовное устройство (шпили, брашпили, лебедки) призвано обеспечить, во-первых, надежную стоянку судна на якоре в любых условиях эксплуатации, если глубина в данном месте позволяет это выполнить, и, во-вторых, операции по швартованию судна у причалов или на рейде. Якорно-швартовное устройство—одно из наиболее важных судовых устройств, обеспечивающих безопасность эксплуатации.
Для обеспечения высокой маневренности при швартовании и поддержания необходимой длины каната во время перемещения судна по отношению к причалу применяют швартовные лебедки, на барабанах которых хранится весь запас швартовного каната. Иногда швартовные лебедки выполняют автоматическими. Они служат для выбирания каната при снижении усилия ниже заданного значения и вытравливания каната при превышении заданного значения усилия.С учетом характера нагрузок и требований безопасности мореплавания электропривод брашпилей и шпилей должен обеспечивать: снятие судна с якоря при любом состоянии погоды и моря; нахождение двигателя под током в течение 0,5 мин; возможность пуска при полной нагрузке; широкий диапазон и достаточную плавность регулирования частоты вращения исполнительного двигателя, обеспечивающие нормальную скорость подъема одного якоря и минимальную скорость втягивания его в клюз; удержание якоря «на весу» при снятом напряжении; выбирание якорной цепи или швартовов при нагрузке, изменяющейся в широких пределах; тормозное травление якоря с ограниченной скоростью.
Кроме того, электропривод брашпилей и шпилей должен быть надежным и безопасным в работе, иметь простую и удобную систему управления.
Для электропривода якорно-швартовных устройств судов, электрифицированных на постоянном токе, лучше всего подходят компаундные электродвигатели. На переменном токе используется система генератор —двигатель, обеспечивающая хорошие регулировочные и перегрузочные характеристики. Однако эта система громоздка и не обладает высокой степенью надежности. Широкое применение получили электроприводы якорно-швартовных устройств, оборудованные на базе двух-и трехскоростных асинхронных электродвигателей с переключением числа пар полюсов.
Эти двигатели, обладая высокой надежностью, обеспечивают удовлетворительные регулировочные характеристики. Наконец, применение  HYPERLINK "http://www.electroengineer.ru/2015/09/elements-of-contactless-and-automated-electric-drives.html" тиристорных преобразователей делает электроприводы якорно-швартовных устройств более надежными в работе и обеспечивает хорошие регулировочные характеристики.
7 Перспективы
Общая тенденция в развитии судового электрооборудования характеризуется усложнением задач, комплексное решение которых направлено на совершенствование оборудования с точки зрения повышения его автоматизации, надежности и упрощения обслуживания для обеспечения неуклонного роста производительности труда. Увеличение производительности труда на судах связано также с непрерывным снижением трудовых затрат на профилактические работы и аварийные ремонты за счет повышения ресурса устройств, их конструктивного совершенствования.
Актуальными направлениями в свете этих задач, в частности, для судовых электроприводов (ЭП) с регулируемой рабочей скоростью, являются повышение их безотказности, долговечности и ремонтопригодности путем внедрения новых технических решений, совершенствования конструкции и правильного выбора отдельных элементов, а также увеличение времени межремонтных периодов и снижение затрат на профилактическое обслуживание за счет использования элементов и систем, соответствующих конкретным условиям эксплуатации.В настоящее время на судах рыбного флота отечественной и зарубежной постройки проблема регулирования рабочей скорости ЭП во многих случаях решается использованием многоскоростных асинхронных двигателей (АД) с отдельными или полюсопереключаемыми статорными обмотками.
По назначению и условиям эксплуатации многоскоростные ЭП, к которым в первую очередь относятся приводы якорно-швартовных устройств (брашпили, шпили, швартовные лебедки) и грузоподъемных устройств (грузовые лебедки и краны), являются самостоятельными системами и занимают особое место среди других судовых потребителей электроэнергии. От их работоспособности во многом зависит безопасность судна и его нормальная эксплуатация.
В случае низкой надежности ЭП якорно-швартовных устройств (ЯШУ) высока вероятность возникновения у них неисправностей, вследствие которых на судне возможны аварийные ситуации. При неудовлетворительной работе ЭП грузоподъемных устройств (ГПУ), сопровождающейся частыми остановками или длительными неработоспособными интервалами времени из-за отказов в электрооборудовании, существенно снижается производительность труда, а при наиболее неблагоприятных обстоятельствах может возникать угроза жизни людей.
В настоящее время вопросам ликвидации или уменьшения электрической дуги в процессе коммутаций электрических цепей уделяется большое внимание. Можно выделить следующие основные направления, по которым ведутся работы:
- применение новых контактных материалов (металлокерамических композиций [2] и т.д.);
- создание более эффективных способов гашения дуги (в среде сжиженного элегаза SF6 [3] и пр.);
- разработка контактных смазок (отечественные – «Электросил», смазки ВНИИ НП; типа 2GX и 2G фирмы «Electrolub», Англия [4] и др.);
- усовершенствование приводных устройств (синхронных контакторов [5] и т.п.);
- применение силовых управляемых полупроводниковых приборов (ПП) в ключевом режиме для коммутации электрических цепей (тиристорных коммутаторов [6] и др.);
- совместное использование контакторов и полупроводниковых аппаратов (гибридных контакторов [5, 7] и др.).
8 Примеры.
Схемы главного токаСхема контроллерного управления электродвигателем брашпиля на постоянном токе (рис. 4) состоит из электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением; контроллера Q; защитной панели с линейным контактором К и реле максимального тока F; тормозного электромагнита Y и ящика резисторов.
Рис. 4. Схема контроллерного управления электродвигателем брашпиля
Включение и регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляются поворотом рукоятки контроллера.
При повороте рукоятки в положение 1 «выбирать» замыкаются контакты Q2, Q5, Q10 и Q11, поэтому двигатель начинает вращаться в сторону подъема якоря при всех введенных резисторах R2 — R5. Особенностью схемы является то, что в положении 1 параллельно якорю подключен резистор R1, который совместно с резисторами R2 — R5 играет роль делителя напряжения, позволяя получить весьма малую частоту вращения даже при отсутствии нагрузки на валу электродвигателя, что обеспечивает возможность безопасного втягивания якоря в клюз [8]. Начиная с положения 2 контроллера, контакт Q11 размыкается, отключая резистор R1, и последовательно шунтируются резисторы R2 — R5 с помощью контактов Q6 Q9.
Кроме механического тормоза, управляемого электромагнитом Y, в схеме применено динамическое торможение в нулевом положении контроллера путем подключения параллельно якорю двигателя резистора R1. Так как контакт К1 линейного контактора в нулевом положении не размыкается, обмотка возбуждения LM1 остается включенной.
При необходимости опустить якорь с помощью брашпиля рукоятка контроллера устанавливается в какое-либо положение «травить». В этом случае замыкаются контакты Q3 и Q4, ток в якоре меняет направление, и двигатель начинает вращаться в обратную сторону.
Схемой предусмотрены защиты максимальная — с помощью реле максимального тока F; нулевая блокировка — с помощью контактора К и защита обмотки возбуждения двигателя LM1 от перенапряжения при коммутации.
Максимальная защита (защита от короткого замыкания в цепи якоря двигателя) осуществляется следующим образом. Если электрический ток в силовой цепи превысит допустимое значение, реле F срабатывает и размыкает свой контакт в цепи катушки линейного контактора К, который в свою очередь размыкает свой силовой контакт K2, отключая якорь электродвигателя от питающей сети и вспомогательный контакт К1 в цепи своей катушки [8].
После этого катушка реле F обесточивается, ее контакт замыкается, но катушка контактора К питания не получает из-за того, что вспомогательный контакт K1 и контакт Q1 контроллера разомкнуты. Для повторного пуска двигателя необходимо сначала поставить рукоятку контроллера в нулевое положение, замкнув тем самым контакт Q1.
Нулевая блокировка предотвращает самопроизвольный безреостатный пуск двигателя после восстановления исчезнувшего напряжения. Она действует аналогично максимальной, разница в том, что контактор К размыкает свои контакты не из-за размыкания контакта F, а вследствие исчезновения напряжения в питающей сети.
Защита обмотки LM1 от коммутационных перенапряжений осуществляется подключением параллельно ей резистора R6.
Контакторная схема управления трехскоростным асинхронным электродвигателем шпиля (рис. 5) состоит из  HYPERLINK "http://www.electroengineer.ru/2013/12/circuit-breakers-packet-switches.html" командоаппарата, магнитной станции, включающей реле напряжения, реверсивные контакторы и контакторы ускорения, тормозного электромагнита.
Трехскоростной электродвигатель имеет две независимые обмотки статора. Одна обмотка переключается по схеме «треугольник — звезда», обеспечивая малую и среднюю частоту вращения электродвигателя, другая включена по схеме «звезда» — для наибольшей частоты вращения.
В нулевом положении командоаппарата реле К1 получает питание через контакт Q1, замыкает свой контакт К1, подготавливая схему управления к действию. В положении 1 замыкаются контакты Q2 и Q4, получают питание катушки контакторов К2 и К4. Контактор К2 замыкает свои контакты в силовой цепи, определяя направление вращения электродвигателя, а контактор К4 включает обмотку статора двигателя «треугольником». Двигатель начинает работать с малой частотой вращения. В положении 2 вместо контакта Q4 замыкает контакт Q5, причем получает питание катушка контактора К5, который подключает обмотку статора двигателя по схеме «треугольник — треугольник», и вспомогательным контактом К5 — контактор К7, обеспечивающий замыкание нейтральной точки обмотки [9].
В положении 3 через контакт Q6 получает питание катушка контактора К6 и включается обмотка наибольшей частоты вращения.
Рис. 5. Схема управления трехскоростным асинхронным электродвигателем шпиля
Рис. 6. Структурная схема электропривода брашпиля с тиристорным управлением
При вытравливании якорной цепи работа привода аналогична работе при ее выбирании, т. е. схема позволяет травить якорную цепь с большой и малой скоростью.
В случае аварии электропривод останавливают нажатием кнопки S. При этом кнопочный контакт S размыкает цепь управления, останавливая электродвигатель. Тормозной электромагнит Y теряет питание, тормоз затормаживает механизм.
На рис. 6 представлена структурная схема управления электродвигателем брашпиля с помощью управляемых полупроводниковых выпрямителей. Электрическая часть привода состоит из двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, двух силовых выпрямителей и поста управления.
Задающий сигнал с потенциометра П поступает в блок УО, представляющий собой операционный усилитель — ограничитель с замедлением роста сигнала. Время замедления определяется временем переходного процесса при пуске и торможении электродвигателя. С выхода блока УО сигнал подается на вход а блока усилителя У. Этот блок имеет три входа а, б, и в. На входы б и в подаются сигналы обратной связи по току и напряжению двигателя. Сигнал с выхода усилителя У при положительной полярности усиливается усилителем УП1 и преобразуется в управляющие импульсы в блоке ПИ1. Последние регулируют угол открывания тиристоров силового выпрямителя СВ1, тем самым регулируя напряжение, приложенное к якорю электродвигателя.
При положительной полярности напряжения на входе усилителя УП2 напряжение на его выходе равно нулю, поэтому силовой выпрямитель СВ2 закрыт, следовательно, его ток равен нулю. Если же с потенциометра через блок У поступит сигнал отрицательной полярности, он усилится блоком УП2, и откроется выпрямитель СВ2, а выпрямитель СВ1 будет закрыт. К якорю двигателя поступит напряжение обратной полярности, и он начнет вращаться в противоположную сторону [9].
При перегрузке двигателя его ток возрастает, следовательно, увеличится ток вторичной обмотки трансформатора Т. Пропорционально току станет больше напряжение на выходе преобразовательного блока ПТ. Это напряжение с блока ПТ станет больше эталонного, на вход б усилителя У поступит сигнал отрицательной обратной связи по току, который уменьшит выходной сигнал и тем самым снизит напряжение, приложенное к якорю двигателя, и его ток.Аналогично функционирует обратная связь по напряжению. Если напряжение превысит допустимый предел, через блок отсечки OТ2 на вход усилителя поступит сигнал, уменьшающий напряжение на якоре двигателя.
Заключение
Стремление объединить достоинства силовых ККА и БКА привело к созданию гибридных устройств – комбинированный способ коммутации цепей. При совместном использовании силовых ККА и БКА возможны два основных варианта взаимного включения главных контактов ККА и силовых ПП: параллельное и последовательное.
В случае параллельного соединения ККА и БКА, встречающегося в большинстве технических решений, ток во включенном состоянии устройства проходит через главные контакты ККА, а в переходных режимах (включение и отключение электрических цепей) функционируют БКА, обеспечивая бездуговую коммутацию. При комбинированной параллельной коммутации практически не удается достичь бестокового расхождения главных контактов ККА. Кроме того, для коммутации цепей необходимо такое же число БКА, что и при бесконтактном способе.
Последовательное соединение ККА и БКА используется ограниченно (там, где необходимо при помощи БКА регулировать параметры электрических цепей, обеспечить наличие гальванической развязки между источником электроэнергии и потребителем). Необходимо отметить, что при комбинированной последовательной коммутации в установившемся режиме, соответствующем включенному состоянию аппаратов, через БКА протекает ток нагрузки.
Учитывая изложенное, необходимо отметить, что наибольшее распространение в судовых многоскоростных ЭП получил контактный способ коммутации электрических цепей (обмоток многоскоростных АД, тормоза и т.п.). Для увеличения срока службы контактных систем ККА со всеми вытекающими из этого последствиями наиболее эффективным средством является совместное использование ККА и БКА.
Список использованной литературы
1. Повышение надежности электроприводов грузовых лебедок судов типа п/з «А. Захаров» путем их реконструкции при капитальном ремонте: отчет по НИР промежуточ / ДВВИМУ; рук. Б.В. Осокин. Владивосток, 1985. 46 с. ГР 01840058812. Инв. № 0285.0052996.
2. Теория электрических аппаратов / Под ред. Г.Н. Александрова. М.: Высш. шк., 1985. 312 с.
3. Проектирование электрических аппаратов / Под ред. Г.Н. Александрова. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 448 с.
4. Филимонов В.Д. Смазки для продления срока службы контактов в судовом электрооборудовании: обзор. информ. Сер. Техническая эксплуатация флота / В.Д. Филимонов, Е.А. Калязин, Ю.В. Головин. М.: ЦБНТИ, 1981. Вып. 2 (506). С. 3-11.
5. Таев И.С. Электрические аппараты. Общая теория. М.: Энергия, 1977. 272 с.
6. Петров Л.П. Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами / Л.П. Петров, В.А. Ладензон, М.П. Обуховский, Р.Г. Подзолов // Библиотека по автоматике. Вып. 380. М.: Энергия, 1970. 128 с.
7. Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1986. 233 с.
8. Осокин Б.В. Бездуговая коммутация в электроприводах с многоскоростными асинхронными двигателями / Б.В. Осокин, Н.В. Сгребнев, А.Ф. Бурков и др. // Электротехника. 1989. № 5. С. 74-76.
9. Осокин Б.В. Тиристорное устройство для бездуговой коммутации контакторов судовых многоскоростных электроприводов / Б.В. Осокин, Н.В. Сгребнев, А.Ф. Бурков и др. // Морской транспорт. Сер. Техническая эксплуатация флота. М.: В/О «Мортехинформреклама», 1989. Вып. 10 (702). С. 1-7.