Из всех систем синхронной передачи угла на современных судах наибольшее распространение получила индукционная самосинхронизирующаяся система синхронной связи на переменном токе. Она называется самосинхронизирующей (ССП) потому, что приемники самосогласуются с датчиком, т. е. при включении все приемники сами занимают такое положение, в каком находится датчик, поэтому датчик и приемник этой системы насвзывают сельсинами или самосинами.
Сельсин представляет собой асинхронную машину с первичной однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой синхронизации. Он состоит из статора и ротора. По конструкции ротора сельсины разделяют на контактные (с контактными кольцами) и бесконтактные (без контактных колец). На судах получили применение контактные сельсины серии «Нептун» с первичной обмоткой возбуждения на явнополюсном роторе и вторичной трехфазной обмоткой — на неявнополюсном статоре (рис. 1).
Концы первичной обмотки присоединены к выводам через два кольца 1 и контактные меднографитные щетки, укрепленные на плате траверсы. Концы трехфазной обмотки непосредственно соединены с выводами. Для успокоения колебания ротора 3 сельсина-приемника около синхронного положения, в полюсных наконечниках ротора устанавливают электромагнитный успокоитель, представляющий собой обмотку 4 из двух отдельных короткозамкнутых витков. Ось витков сдвинута на 90° по отношению оси первичной обмотки. При колебании ротора в витках индуктируется э. д. с. и создается ток, который, взаимодействуя с потоком статора 2, создает тормозной момент, вследствие чего колебания ротора быстро успокаиваются.
В приборах управления судном обычно применяют сельсины-датчики серии «Нептун» типа ДН-500, которые допускают подключение до 10 приемников. Они обладают в полтора раза большим синхронизирующим моментом, чем сельсины с первичной обмоткой на статоре.
Основным недостатком контактных сельсинов является наличие скользящих контактов, которые требуют постоянного ухода и контроля, что приводит к большим трудностям при эксплуатации приборов, так как сельсины обычно монтируют внутри закрытых водозащищенных устройств. Поэтому на современных судах в качестве сельсинов-приемников получили наибольшее применение бесконтактные сельсины.
Бесконтактный сельсин, подобно контактному, имеет статор и ротор. На статоре расположены две обмотки: первичная — однофазная и вторичная — трехфазная, соединенная звездой.
Конструктивной особенностью бесконтактных сельсинов является то, что ротор представляет собой стальной магнитопровод без обмотки, а обе обмотки неподвижны.
Рис. 1. Устройство контактных сельсинов с обмотками возбуждения на статоре (а) и на роторе (б)
На рис. 2, а показан разрез, а на рис. 2, б — детали бесконтактного сельсина типа БС-500. Статор состоит из силуминового цилиндрического корпуса 1 с восемью пазами во внутренней его расточке. В таких пазах размещают пакеты 2 из листовой электротехнической стали. Внутри корпуса укреплен сердечник статора 3 из листовой электротехнической стали. Пазы сердечника скошены на одно зубцовое деление для устранения действия реактивного момента зубцов. В пазах сердечника расположена вторичная трехфазная обмотка 4. Первичная обмотка 5, состоящая из двух кольцевых секций, соединенных между собой последовательно, уложена над лобовыми частями вторичной обмотки.
Первичная обмотка намотана как бы вокруг оси сельсина, а вторичная — вдоль его оси. Таким образом, они оказываются во взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому первичная обмотка не может навести э. д. с. во вторичной непосредственно, минуя сложный магнитопровод сельсина.
Рис. 2. Бесконтактный сельсин БС-500
Ротор представляет собой два явно выраженных полюса 6 Г-образной формы из листовой электротехнической стали, укрепленных на диамагнитном валу 7 и разделенных диамагнитным материалом 8. С торцов сельсина расположены два тороида 9 из листовой электротехнической стали, создающие вместе с сердечниками 2 внешний магнитопровод. Корпус с торцов закрыт двумя силуминовыми крышками 10. На роторе расположен демпфер 11.
На рис. 2, а показано направление тока в первичной обмотке и созданного им магнитного потока, соответствующие одному полупериоду. Магнитные силовые линии, указанные стрелками, проходят по магнитной цепи: полюс S, воздушный зазор δ1, левый тороид 9, восемь параллельных стальных пакетов 2 внешнего магнитопровода, правый тороид 9, воздушный зазор δ1, полюс N, воздушный зазор δ2, верхняя часть сердечника статора, две параллельные магнитные цепи сердечника статора, нижняя часть статора, воздушный зазор δ2, полюс S.
В следующий полупериод переменного тока в первичной обмотке направление тока и потока поменяются на обратные. При повороте ротора поворачиваются его полюсы и магнитный поток, созданный первичной обмоткой, пересекающий неподвижную вторичную обмотку. Магнитная ось полюсов ротора изменяет свое положение относительно магнитных осей фазных обмоток синхронизации. Э. д. с., наводимые в этих обмотках, будут изменяться в зависимости от угла (точнее— синуса угла) поворота ротора. Таким образом, бесконтактный сельсин в магнитном отношении аналогичен контактному сельсину серии «Нептун».
Могут применяться двойные бесконтактные сельсины типа ДБС-500, которые представляют собой два сельсина типа БС-500, смонтированные в общем корпусе, с соосным расположением их валов.
Достоинства бесконтактных сельсинов, в дополнение к вышеуказанным: большой начальный синхронизирующий момент (больше, чем у сельсина серии «Нептун»); малое тормозное сопротивление (в связи с отсутствием щеток); большая добротность и надежность; простота эксплуатации. Поэтому в приборах управления современных судов в качестве приемников устанавливают исключительно бесконтактные сельсины.
Бесконтактные сельсины-датчики рассчитаны на большее число приемников, обладают значительно большими габаритами и массой, чем контактные сельсины-датчики, поэтому применение их привело бы к увеличению размеров приборов управления судном. В связи с этим, в качестве сельсинов-датчиков обычно применяют сельсины серии «Нептун» типа ДН-500.
Следует заметить, что если схема имеет не более двух-трех приемников, то сельсином-датчиком может быть бесконтактный сельсин одного типа с сельсинами-приемниками.
Принцип действия индукционных систем синхронной связи с сельсинами, имеющими однофазную первичную и трехфазную вторичную обмотки, одинаков для всех типов сельсинов как контактных, так и бесконтактных. На рис. 3 показана принципиальная схема соединения двух сельсинов. Первичные однофазные обмотки датчика и приемника подключены к общей цепи однофазного переменного тока, а вторичные обмотки одноименными фазами соединены между собой, образуя замкнутую трехфазную систему. При прохождении переменного однофазного тока по первичным обмоткам обоих сельсинов в них будут возникать пульсирующие магнитные поля.
Эти поля, пересекая вторичные трехфазные обмотки сельсинов, будут индуктировать в них совпадающие по фазам э. д. с. Величины э. д. с. будут зависеть от положения вторичных обмоток относительно первичных. Если роторы занимают одинаковое положение, то возникающие в соответствующих обмотках фаз э. д. с. будут равны по величине, но противоположно направлены. Вследствие этого они уравновесят друг друга и уравнительного тока в обмотках фаз не будет, а поэтому роторы будут неподвижны. Если ротор одного из сельсинов (датчика) повернуть на какой-либо угол, то э. д. с. в обмотках фаз сельсинов станут различны, что приведет к появлению в них уравнительных токов. Эти токи, взаимодействуя с магнитным полем первичных обмоток сельсинов, создадут в обеих машинах синхронизирующие моменты, стремящиеся повернуть роторы датчика и приемника. В связи с тем, что ротор датчика застопорен, ротор приемника повернется на тот же угол, что и ротор датчика, т. е. они снова займут одинаковое положение. Если ротор датчика вращать, то синхронно с ним будет вращаться ротор приемника.
Рис. 3. Принципиальная схема самосинхронизирующейся передачи
Машинные телеграфы служат для передачи распоряжений о режимах хода судна с командных постов (ходового мостика) в исполнительный пост (машинное отделение) и ответа из машинного отделения на командный пост о приеме распоряжения, кроме того, для приема в контрольных постах как переданных приказаний, так и принятых ответов.
Согласно Правилам Регистра каждый пост управления главными механизмами и движителями должен быть оборудован двумя средствами связи с командным постом (ходовым мостиком), одним из которых является машинный телеграф, а другим — переговорное устройство. Суда с дистанционным управлением механизмами с ходового мостика могут быть оборудованы только одним видом связи.
Машинный телеграф должен получать питание от ГРЩ или от щита навигационных устройств. Если на судне имеется два или более машинных телеграфов, расположенных близко друг к другу на одной палубе, они должны быть механически связаны так, чтобы обеспечивать передачу команды с любого из них и получение ответа на все одновременно, без каких-либо переключений. Если телеграфы — на разных палубах, допускается устанавливать переключатели телеграфов. Все машинные телеграфы должны быть оборудованы автоматической звуковой сигнализацией (в машинном отделении, кроме того, оптической), срабатывающей при передаче распоряжений и отключающейся при правильном ответе. При неправильном ответе работа сигнализации должна продолжаться. Приемники машинных телеграфов должны быть обеспечены также сигнализацией о неправильном исполнении команд «Вперед», «Назад».
На современных судах, как правило, применяют машинные телеграфы переменного тока индукционной системы.
Машинный телеграф состоит из датчиков-приемников на командных постах, приемников-датчиков в машинном отделении, контрольных приемников, на контрольных постах (например, в котельном отделении), а также соединительных ящиков и элементов сигнализации.
На рис. 4, а показан общий вид датчика-приемника машинного телеграфа типа КЭМТ10. Он состоит из корпуса с основной и дублирующей шкалами, внутри которого установлены сельсин-датчик ДН-500, сельсин-приемник типа БС-500, система зубчатых передач, фиксатор, бленкер, лампы в патронах, реостаты, влагопоглотители. В нижней части корпуса установлены трещотка ТРП-127, ревун РВ-1-24, два влагопоглотителя, резисторы и карданный валик. Рычаг управления с указателем команд связан через систему зубчатых передач с сельсином-датчиком, красной командной стрелкой и карданным валиком. Красная командная стрелка и синяя исполнительная стрелка, сидящая на оси сельсина-приемника, располагаются над основной шкалой прибора. В верхней части корпуса укреплен указатель тахометра, состоящий из сельсина-приемника типа БС-500, на оси которого установлена синяя стрелка указателя частоты вращения гребного вала.
Рис. 4. Общий вид и кинематическая схема датчика-приемника типа КЭМТ-10: К - колесо фиксаторное, С - сцепление пальцевое
Принцип действия механизма датчика-приемника типа КЭМТ10 — по кинематической схеме (рис. 4, б). Для передачи распоряжений при помощи рукоятки следует повернуть рычаг управления 1 так, чтобы его указатель 2 расположился против соответствующей надписи 4 на дублирующей шкале. При этом повернется ось 5 рычага управления и через зубчатые колеса 5, 6, 8 повернет на соответствующий угол ось сельсина-датчика 10. Одновременно через зубчатые колеса 5, 18, 16, 15 повернется командная стрелка 14, укрепленная на колесе 15, а через зубчатое колесо 6 и конические зубчатые колеса 7 и 9 повернутся оси карданного 12 и выходного 11 валиков межприборной механической связи. Если такая связь предусмотрена, то при повороте рукоятки одного прибора повернутся рукоятки всех механически связанных датчиков-приемников.
Сельсин-датчик ДН-500 прибора КЭМТ10 имеет синхронную связь с сельсином-приемником БС-500, установленным на приборе типа ТМ1 исполнительного поста, поэтому стрелка, сидящая на валу БС-500, повернется и станет на деление шкалы, соответствующее переданной команде.
Начнет работать сигнализация. Прием ответа с исполнительного поста осуществляется по синхронной связи сельсина-датчика прибора ТМ1 с сельсином-приемником 17 типа БС-500 прибора КЭМТ10. Исполнительная стрелка 13 сельсина-приемника при правильном ответе установится против соответствующего деления шкалы, совместившись с командной стрелкой. Работа сигнализации прекратится.
Принцип действия приемника-датчика машинного телеграфа типа ТМ1 (рис. 5). Он состоит из корпуса с крышкой, имеющей смотровое окно, закрытое стеклом. Под стеклом крышки укреплена шкала II прибора, над которой перемещается стрелка сельсина-приемника I. В корпусе на приливах установлено основание, на котором укреплены: сельсин-датчик V типа ДН-500, сельсин-приемник VII типа БС-500, следящая система III, система зубчатых передач, фиксатор, бленкер, влагопоглотитель, резисторы, контактная группа IV коромыслового типа, предназначенная для включения аварийной сигнализации при неправильном включении команд «Вперед» или «Назад». Для поворота ротора сельсина-датчика имеется рычаг управления VIII с рукояткой IX, на оси которой насажен ригель-стопор, прижимающийся к приливу корпуса пружиной. По ободу корпуса имеются пазы, число которых равно числу делений шкалы II. При перемещении рукоятки ригель-стопор западает в пазы, благодаря чему рукоятка со стрелкой-указателем устанавливается точно против каждого деления шкалы. В верхней части корпуса расположена коробка выводов.
Рассмотрим принцип действия механизма приемника-датчика типа ТМ1 по кинематической схеме (рис. 5, б).
Рис. 5. Общий вид и кинематическая схема приемника-датчика типа ТМ1
Прием распоряжений с командного поста осуществляется с помощью синхронной связи сельсина-датчика типа ДН-500 прибора ТМ1. На валу БС-500 укреплена красная командная стрелка I. Для передачи ответа следует перевести рычаг управления прибора ТМ1 в положение, при котором исполнительная X и командная I стрелки совпадут. При повороте рычага управления через зубчатые колеса 1, 2, 10, 9 и 11 повернется вал ротора сельсина-датчика ДН-500. На командном посту синхронно развернется ротор сельсина-приемника БС-500 и стрелка, сидящая на его валу, покажет принятую команду. Одновременно при повороте зубчатого колеса 11 повернется кулачок 12.
В результате палец контактной группы IV, выйдя из прорези, замкнет контакты К2-К1, либо контакты К2-КЗ, в зависимости от направления поворота кулачка. Замкнутые контакты подготовят цепь для включения аварийной сигнализации, которая сработает в случае неправильного выполнения механиком команд «Вперед» или «Назад». В приборе ТМ1 имеется следящая система III, которая служит для автоматического включения и выключения звуковых и оптических сигнальных приборов. Сигнализация начинает одновременно действовать в командном и исполнительном постах с момента подачи команды и прекращает свое действие при передаче правильного ответа из исполнительного поста.
Следящая система III состоит из зубчатого колеса 9, двух контактных латунных колец 8 и 7, изолированных одно от другого, двух пар контактных щеток 3, двух контактных пружин 4, укрепленных на контактных кольцах и электрически соединенных с ними. Одна пружина имеет ролик 6, который прижимается к-изоляционному диску 5 с полукруглой выемкой, сидящему на валу сельсина-приемника. Если ролик пружины совпадает с выемкой, контакты пружин будут разомкнуты, если ролик выйдет из выемки диска, контакты замкнутся.
При приеме распоряжения сельсином-приемником одновременно поворачивается диск 5, ролик выходит из выемки диска и контакты пружин замыкаются, включая реле сигнализации.
Отключение сигнальных приборов происходит по окончании передачи правильного ответа: при повороте оси сельсина-датчика на тот же угол, на который повернулся ротор сельсина-приемника, ролик возвращается в выемку диска и контакты пружин размыкаются.
Кроме рассмотренных датчика-приемника типа КЭМТ10 и приемника-датчика типа ТМ1, могут применяться другие модификации этих приборов. Так, в отличие от КЭМТ10 в КЭМТ11 иное расположение элементов, в КЭМТ12 отсутствует сельсин-датчик, в КЭМТ13 нет сельсина-датчика и иное расположение элементов, в КЭМТ14 нет механической связи с другими командными постами, а в КЭМТ15, кроме того, иное расположение элементов.
Рис. 6. Однолинейная схема установки машинного телеграфа: АС — аварийная сигнализация
Модификации ТМ отличаются шкалой (ТМ2) и расположением рукоятки управления (ТМ3). На судах применяют также датчики-приемники типа ЭМТ (отсутствует указатель тахометра), типа ТЭМ (двухшкальный) для двухвальных машинных установок и контрольные приемники типа ПК1 (однострелочный) и ПК2 (двухстрелочный).
На рис. 6 изображена однолинейная схема установки машинного телеграфа с приборами типа КЭМТ для судов с одновальной установкой при наличии на судне двух командных постов № 1 и № 2 (КП № 1 и КП № 2), одного исполнительного (ИП) и одного контрольного (КП) постов с применением всех приборов. Приборами, включенными в данную схему, осуществляется: передача распоряжений из командных постов № 1 и № 2 в исполнительный и контрольный посты и прием ответов из исполнительного поста.
Рис. 7. Упрощенная принципиальная схема машинного телеграфа
Датчики-приемники КП № 1 имеют механическую связь, поэтому передача может производиться любым датчиком-приемником. Для передачи распоряжений из КП № 1 или № 2 следует произвести соответствующее переключение командных постов переключателем П418; прием распоряжений исполнительным и контрольным постами и передача ответов из исполнительного поста в командные посты № 1 и № 2 и контрольный пост (КП). В КП № 1 ответы передаются одновременно трем механически связанным между собой датчикам-приемникам; определение частоты вращения гребного вала с помощью тахометра типа ДМ, указатели которого установлены в приборах типа КЭМТ.
Для привлечения внимания обслуживающего персонала установлены сигнальные приборы: трещотки типа ТРП127 в датчиках-приемниках командных постов, а в исполнительном посту — ревун типа РВП-127 и сигнальная лампа СЛ с мигающим светом, осуществляемом релейным прерывателем ПРТСПБ1. Для сигнализации об исчезновении питания сельсина-датчика во всех датчиках-приемниках установлены ревуны типа РВ-1-24, получающие питание от аккумуляторной батареи. Соединительные ящики ЭЯ72Б1-Ш-3/А(П) и ЭЯ92Б1-УП-1/А(П) служат для соединения кабелей, идущих от всех приборов установки. Кроме того, в соединительных ящиках расположены защитные устройства, реле, конденсаторы и предохранители.
Защитные устройства служат для автоматического отключения синхронизирующих обмоток сельсинов при коротком замыкании или при механическом стопорении ротора вследствие какого- либо дефекта прибора. Они представляют собой термореле, состоящие из биметаллической пластины с тремя обмотками из высокоомной проволоки, включенными в цепь трехфазной обмотки и контактной группы из трех пар контактных пружин. Основные неполадки и повреждения приборов и меры их устранения приведены в табл. 1.
На рис. 7 показана схема машинного телеграфа, состоящего из датчика-приемника, одного приемника-датчика и соединительного ящика. Действие схемы следующее. При повороте сельсина-датчика ДК в командном посту на мостике синхронно с ним повернется сельсин-приемник ПК в исполнительном посту машинного отделения. Одновременно повернется диск с выемкой, сидящий на валу сельсина-приемника, ролик выйдет из выемки диска и контакты К следящего устройства СУ подадут питание на катушку сигнального реле Р. Контакты реле включат в командном посту трещотку ТР, а в исполнительном — ревун РВ и сигнальную лампу ЛС. Получив распоряжение, механик поворачивает датчик ДИ, синхронно с которым поворачивается приемник ПИ в командном посту. Одновременно датчик ДИ через зубчатую систему поворачивает токоведущие кольца и контакты следящего устройства СУ, ролик которого при правильном ответе попадает в выемку диска, и контакты следящего устройства размыкаются, прерывая питание катушки сигнального реле. Прекращается работа приборов сигнализации. При неправильном ответе стрелки на приборах не совпадают, ролик в выемку диска не заходит и сигнальные приборы продолжают работать.
Таблица 1. Основные неисправности приборов и их устранение
Датчик-приемник и приемник-датчик имеют сигнальные бленкеры БЛ. При отсутствии питания появляется флажок бленкера с надписью «Обесточен» в видимом поле шкалы.
В схеме применены трехконтактные защитные устройства ЗУ, включенные в трехфазные цепи сельсинов-приемников. При срабатывании защитного устройства, его контакты отключают приемник от датчика, а замкнувшиеся сигнальные контакты С1-С2 шунтируют катушку бленкера БЛ прибора, в котором расположен отключаемый приемник. В результате бленкер срабатывает и появляется флажок с надписью «Обесточен». Резистор R, включенный последовательно катушке бленкера, исключает короткое замыкание при шунтировании ее контактами С1-С2.
Котельные телеграфы предназначены для передачи распоряжений из машинного отделения в котельное отделение об изменении режима работы котлов.
Рулевые указатели предназначены для дистанционного контроля за перекладкой и положением руля, а рулевые телеграфы— для передачи приказаний о перекладке руля из командного поста в румпельное отделение. Рулевой телеграф используется лишь в тех случаях, когда система управления или сам рулевой привод вышли из строя и перекладка руля производится вручную непосредственно из румпельного отделения.
Тахометры измеряют частоту вращения вала какой-либо машины, механизма или гребного вала судна. Наиболее ответственными являются на судах тахометры, показывающие частоту и направление вращения гребного вала. Электрические судовые тахометры по принципу действия измерительных приборов разделяют на: вольтметровые, сельсиновые, индукционные, компенсационные, вибрационные; по роду тока — на тахометры постоянного и переменного тока.
Наибольшее распространение на судах получили тахометры вольтметрового и индукционного типов. Тахометры вольтметрового типа состоят из датчика, приемников и соединительного ящика.
На судах могут устанавливаться датчики тахометров (тахогенераторы) следующих типов: МЭТ-7/110, МЭТ-8/55 и МЭТ-8/30. Они приводятся во вращение гребным валом через цепную передачу. Первая цифра указывает количество приемников-указателей, которое можно подключить к датчику. Число под знаком дроби— номинальное напряжение. Первые два типа датчиков развивают номинальное напряжение при 1900 об/мин, а третий — при 1500 об/мин.
Приемниками являются приборы М-75, М-76 или М-185 — магнитоэлектрические вольтметры с двойной шкалой «Вперед» и «Назад», отградуированной в оборотах в минуту, с нулем посредине.
Приборы контроля служат для непрерывного измерения различных неэлектрических величин электрическими методами. Электрические методы измерения дают возможность передавать показания на расстояние, обеспечивать комплексное решение задач автоматического контроля, сигнализации, управления и регулирования, контролировать протекающие процессы с записью графиков измеряемых величин.
Приборы, измеряющие неэлектрические величины, имеют датчик, который представляет собой устройство, преобразующее неэлектрическую величину (температуру, свет и т. п.) в электрическую (сопротивление, э. д. с. и т. д.), и измерительный прибор, шкала которого градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины.
Датчики могут быть: болометрические, основанные на принципе изменения сопротивления под действием температуры и применяемые в термометре сопротивлений и газоанализаторах; термоэлектрические, основанные на принципе термопары и применяемые в пирометрах; электрохимические, основанные на принципе изменения проводимости электролита и применяемые в солемерах; параметрические, основанные на принципе изменения сопротивления, индуктивности, емкости, взаимоиндуктивности под воздействием измеряемой величины и применяемые для измерения давления, деформации, силы, массы и т. д.; фотоэлектрические, основанные на принципе изменения сопротивления или э. д. с. под действием света и применяемые для измерения температур в автоматике котельной установки, в дымовой сигнализации и т. д.; генераторные (тахогенераторы), применяемые для измерения частоты вращения; пьезоэлектрические, основанные на пьезоэлектрическом эффекте и применяемые для измерения вибрации, расстояния (эхолоты) и т. д.
Сигнализация различного рода широко используется на судах: пожарная, звонковая (авральная, обиходная, вахтенная), дымности в трюмах и т. д.
Обслуживание слаботочного электрооборудования состоит из осмотров и проверок в действии. При осмотрах проверяют надежность уплотнения крышек, сальников, отсутствие влаги и пыли в приборах, чистоту и надежность контактов и т. д. Проверку в действии машинных телеграфов, рулевых указателей и аварийной сигнализации выполняют перед каждым выходом в рейс. Пожарную сигнализацию испытывают в работе не реже двух раз в месяц.
