Для управления электродвигателями якорно-швартовных устройств применяют контроллерные и контакторные схемы.
Наиболее простые контроллерные схемы используют для электроприводов малой мощности, так как при увеличении ее возрастают масса и габаритные размеры контроллеров, затрудняется подвод силовых цепей, увеличиваются усилия, необходимые для манипулирования контроллерами.
Контакторные схемы для двигателей большой мощности обеспечивают автоматизацию процесса пуска, ограничение момента при заторможенном двигателе и снижают усилия, необходимые оператору для управления электроприводом. Недостатками контакторных систем следует считать большую сложность электрических соединений, большие габаритные размеры аппаратуры управления и большую стоимость. Несмотря на это контакторные схемы находят широкое применение на современных судах.
Рассмотрим некоторые схемы управления и защиты электроприводов якорно-швартовных устройств.
Схема контроллерного управления электродвигателем брашпиля на постоянном токе (рис. 1) 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.
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. 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.
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. 2) состоит из 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.
В положении 3 через контакт Q6 получает питание катушка контактора К6 и включается обмотка наибольшей частоты вращения.
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. 3 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.
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.
Контакторные схемы для двигателей большой мощности обеспечивают автоматизацию процесса пуска, ограничение момента при заторможенном двигателе и снижают усилия, необходимые оператору для управления электроприводом. Недостатками контакторных систем следует считать большую сложность электрических соединений, большие габаритные размеры аппаратуры управления и большую стоимость. Несмотря на это контакторные схемы находят широкое применение на современных судах.
Рассмотрим некоторые схемы управления и защиты электроприводов якорно-швартовных устройств.
Схема контроллерного управления электродвигателем брашпиля на постоянном токе (рис. 1) 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. 1. 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. 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.
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. 2) состоит из 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.
В положении 3 через контакт Q6 получает питание катушка контактора К6 и включается обмотка наибольшей частоты вращения.
Рис. 2. Схема управления трехскоростным асинхронным электродвигателем шпиля
Рис. 3. 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. 3 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.
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.
