Электропривод траловых лебедок рыбодобывающих судов является одним из самых мощных и сложных в управлении судовых приводов, от удобства эксплуатации, надежности и качества работы которого зависит экономическая эффективность работы судна на промысле.
Поэтому электропривод при максимальной производительности лебедки должен: иметь защиту от возможных длительных перегрузок; обеспечивать надежное и безопасное травление ваеров с помощью электродвигателя; не превышать частоты вращения выше максимально допустимой; иметь контрольно-измерительные устройства натяжения и длины вытравленных ваеров, удобное дистанционное управление.
Нагрузка на электропривод имеет сложный колебательный характер и в общем случае зависит от скорости движения трала в воде, длины вытравленных ваеров, состояния моря и величины улова.
По мере выбирания ваеров, нагрузка возрастает из-за увеличения диаметра барабана за счет увеличения числа слоев навивки выбираемого ваера.
Оптимальной механической характеристикой в режиме выборки трала является мягкая механическая характеристика, близкая к гиперболической Мn = const, обеспечивающая стабилизацию мощности. Эта характеристика, с одной стороны, должна быть ограничена максимально допустимой частотой вращения привода, с другой — максимально допустимым моментом электродвигателя.
В режиме травления ваеров траловая лебедка должна обеспечивать высокую скорость травления при определенном тормозном усилии на барабане, которое позволяет тралу с оснасткой занять в воде правильное рабочее положение. Тормозное усилие создается либо механическими тормозами, либо одним из видов электрического торможения электропривода и должно мало изменяться при возможных изменениях скорости травления ваеров.
Мощность на валу электродвигателя траловой лебедки, отнесенная к 30-минутному кратковременному режиму, определяется из выражения:
где Тн — номинальное тяговое усилие, Н; vн — номинальная скорость выбирания ваера на среднем слое навивки на барабане, м/с; ηм = 0,78 - 0,84 — к. п. д. механизма траловой лебедки.
Рис. 1. Упрощенная схема регулирования автоматизированной траловой лебедки: I — ПИД — усилитель; II — ШИМ и усилитель мощности
Как правило, для электропривода траловых лебедок используют систему Г—Д с электродвигателем постоянного тока смешанного возбуждения. Электроприводы малой мощности на судах с электростанциями постоянного тока получают питание от судовой цепи и имеют релейно-контакторную систему управления. Автоматическое регулирование магнитных потоков генератора и двигателя позволяет обеспечить работу электропривода на характеристике, близкой к оптимальной.
Рис. 2. Статические характеристики электропривода траловой лебедки
На рис. 1 представлена упрощенная принципиальная схема управления автоматизированным электроприводом траловой лебедки рыболовного траулера-морозильщика (РТМ) типа «Атлантик».
Общий генератор Г, питающий двигатели M1 и М2 раздельных барабанов лебедки, приводится во вращение через электромагнитную муфту от редуктора гребного вала с винтом регулируемого шага (ВРШ), поэтому частота вращения его практически постоянна.
Система регулирования э. д. с. генератора поддерживает неизменным ток главного контура по величине и направлению при всех режимах работы лебедки.
Управление двигателями — обоими одновременно или каждым в отдельности — осуществляется изменением их потока возбуждения по величине и направлению с помощью двух постов управления ПУ. При работе одним двигателем второй шунтируется контактом К1 или К2.
Системы автоматического регулирования двигателя стабилизируют частоту вращения электропривода при нагрузках от 0 до 0,5 Мн и мощность при нагрузках, больших 0,5 Мн. На рис. 1 представлена схема регулирования двигателя правого борта.
Идеализированные статические характеристики электропривода в относительных единицах представлены на рис. 2; здесь n — частота вращения; М — момент на валу электропривода; I — сила тока; Ед — э. д. с. двигателя; U — напряжение, подводимое к якорю электродвигателя; Ф — поток возбуждения электродвигателя при максимальной скорости выбирания и травления ваеров.
Контуры регулирования генератора и двигателей состоят из однотипных элементов обработки и усиления входного сигнала Uвх. Отличаются они элементами, формирующими входной сигнал регуляторов, и выходными параметрами напряжения на обмотках возбуждения возбудителей.
Входной сигнал системы регулирования генератора формируется путем сравнения сигналов заданного и фактического значений тока главного контура. Заданное значение определяется напряжением Uзад на резисторе R5 от постороннего источника стабильного напряжения.
Фактическое значение тока определяется напряжением Uф на шунте Шн в главном контуре, которое направлено встречно заданному. Величину заданного тока можно выставить с помощью резисторов R4 и R5. Разность заданного и фактического напряжений усиливается и дополняется транзисторным пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) усилителем. После ПИД-усилителя сигнал регулирования пропорционален величине, длительности и скорости отклонения тока главного контура от заданного значения. Непрерывный сигнал с ПИД-усилителя преобразуется широтно-импульсным модулятором (ШИМ) в прямоугольные импульсы и усиливается транзисторным усилителем мощности, после чего поступает на последовательно включенные обмотки управления магнитных усилителей МУ 11 и МУ 12.
Величина и знак разности напряжений магнитных усилителей, включенных по мостовой схеме, определяют величину и направление тока в обмотке ОВВГ. Обмотка смещения в МУ12 и резисторы R11 и R12 позволяют так настроить характеристики магнитных усилителей, что при напряжении 19 В на обмотках управления магнитных усилителей в цепи ОВВГ протекает ток, при котором на зажимах генератора устанавливается напряжение U0, соответствующее нулевым значениям момента, противо э. д. с. и потока возбуждения двигателя.
При положительных значениях момента сопротивления на валу двигателей в режимах «Выбирать» и «Травить» напряжение на обмотках управления магнитных усилителей изменяется от 19 до 38 В, а на зажимах генератора от U0 до Uн так, чтобы величина тока оставалась неизменной.
При отрицательных моментах сопротивления, т. е. при переходе в режим рекуперативного торможения при травлении ваеров, напряжение на обмотках управления магнитных усилителей изменяется от 19 до 2 В, а напряжение на зажимах генератора, пройдя через нулевое значение, изменяет полярность. Генератор переходит в двигательный режим, отдавая мощность гребному валу.
В системе регулирования двигателя входной сигнал Uвх формируется из напряжения, поступающего с ПУ, и напряжений двух отрицательных обратных связей: по частоте вращения двигателя — от тахогенератора ТГ и по напряжению — на его якоре. Прохождение входного сигнала через ПИД и ШИМ такое же, как и в системе регулирования генератора.
При постановке ПУ в положение «Выбирать» на OBBМ2 поступает напряжение, пропорциональное положению поста. По мере разгона двигателя отрицательная обратная связь от тахогенератора уменьшает сигнал ПУ и в диапазоне нагрузок 0 — 0,5 Мн стабилизирует частоту вращения двигателя. Напряжение на якоре электродвигателя с ростом момента возрастает до тех пор, пока не наступит пробой цепи стабилитронов, количество которых определяется положением поста управления. После этого шунтируется резистор R165 и включается отрицательная обратная связь по напряжению. Напряжение стабилизируется на уровне, заданном ПУ, следовательно, стабилизируется и мощность двигателя, так как ток поддерживается неизменным. С дальнейшим ростом момента выше 0,5 Мн частота вращения n двигателя снижается.
Рис. 3. Схема тиристорного электропривода траловой лебедки
При постановке рукоятки ПУ в положение «Травить» отрицательная обратная связь по напряжению отключается, тахометрическая обратная связь стабилизирует n двигателя во всем диапазоне нагрузок и реверсирует поток возбуждения двигателя при изменении знака момента сопротивления, т. е. при переходе характеристики через точку холостого хода.
На рис. 3 представлена схема электропривода траловой лебедки с применением тиристорных преобразователей и унифицированной блочной системы регулирования (УБСР), разработанная в Одесском высшем инженерном морском училище для судов типа «Атлантик». Статические характеристики этого электропривода в основном такие же, как у предыдущей схемы. Питание электродвигателей осуществляется от валогенератора переменного тока через нереверсивный тиристорный преобразователь ТП1, включенный по трехфазной симметричной мостовой схеме выпрямления.
Поддержание неизменным тока главного контура осуществляется автоматическим регулированием э. д. с. валогенератора. Переключением угла управления тиристорный преобразователь ТП1 в режиме «Травить» переводится в инверторный режим. Для питания блока фазового управления БФУ тиристорного преобразователя ТП1 стабильным напряжением синхронизированной с валогенератором частоты, на одном валу с валогенератором установлен синхронный генератор малой мощности. Электронное реле напряжения PH контролирует суммарную противо э. д. с. двигателей и при изменении ее знака переключает тиристорный преобразователь ТП1 в режим инвертирования, а в блоке сравнения БС изменяет знак входного сигнала регулирования напряжения валогенератора. Валогенератор переходит в двигательный режим, отдавая мощность гребному валу. Система регулирования двигателей работает по такому же принципу, как и в предыдущей схеме. Применение в схеме тиристорных преобразователей позволяет избавиться от машинных возбудителей и мощных магнитных усилителей, повышает быстродействие системы регулирования, удешевляет и облегчает всю систему электропривода.
При эксплуатации электроприводов траловых лебедок необходимо периодически производить профилактические осмотры и ремонт, продувку сжатым воздухом электрических машин постоянного тока, чистку аппаратуры управления, замеры изоляции. При замерах изоляции переносным мегомметром следует шунтировать цепи, в которых имеются тиристоры, диоды, конденсаторы. При выходе из строя тиристоров, производится замена всего тиристорного блока резервным. В вынутом блоке меняют сгоревшие тиристоры или предохранители. Возможность быстрой блочной замены вышедших из строя элементов схемы повышает эксплуатационные качества тиристорной системы электропривода траловых лебедок.
