Электроприводы траловых лебедок рыбодобывающих судов

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.

Элементы систем управления. Логические элементы (И, ИЛИ, НЕ). Логические схемы на диодах и транзисторах

По назначению элементы систем управления можно разделить на следующие группы: логические (И, ИЛИ, НЕ, Память); функциональные (синхронизирующие устройства, датчики параметров); усилительные (промежуточные усилители, выходное устройство); временные (фазосдвигающее устройство, задающие генераторы, распределители импульсов); специальные схемы (схемы пуска, реверса).

Логические элементы используют сигналы двух различных значений (высокий и низкий потенциалы). Один из сигналов обозначают единицей (1), другой — нулем (0). Потенциалы, соответствующие сигналам 1 и 0, могут быть положительными, иметь разные знаки и быть отрицательным. Если 1 соответствует высокому потенциалу е_в, а 0 — низкому е_н, то логика называют положительной (рис. 1, а). При противоположном соответствии сигналов логику называют отрицательной (рис. 1, б).

Рис. 1. Уровни сигналов положительной и отрицательной логики

Наибольшее распространение получили логические схемы на диодах и транзисторах с потенциальной формой представления 1 и 0. С помощью логических схем решаются задачи, которые имеют логическое содержание. Самое сложное логическое устройство может быть составлено из трех логических схем: И, ИЛИ, НЕ, которые являются основными.

Схемы управления тиристорами. Фазосдвигающее устройство

На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал. 

При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении. 

При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления. Приведенная схема может работать на постоянном токе. 

Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.

Защита тиристоров от повреждений (охлаждение, групповое включение, шунтирование)

Вследствие аварийных колебаний напряжения питания или переходных процессов и возникновения кратковременных всплесков э. д. с. амплитуды прямого и обратного напряжений, приложенных между анодом и катодом тиристора, могут оказаться выше допустимых. В тиристорных схемах максимальные (амплитудные) значения напряжений между анодом и катодом не должны превышать половины их максимально допустимых значений, указанных в технических условиях. 

В некоторых случаях для предохранения тиристоров от пробоя в обратном направлении рекомендуется последовательно с ними включать обычный диод рассчитанный на такой же прямой ток, но с большим допустимым обратным напряжением. Для этих же целей можно использовать последовательное соединение тиристоров.

Схемы защиты тиристоров (рис. 1) дают возможность защитить переход между катодом и управляющим электродом от пробоя или превышения допустимого тока управления, что приводит к перегреву перехода. Переход между катодом и управляющим электродом тиристора имеет небольшое напряжение пробоя (для маломощных тиристоров — единицы вольт). При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения по отношению к катоду переход может оказаться пробитым. 

Статические преобразователи электроэнергии на судне

В судовых условиях возникает необходимость в следующих видах преобразования: выпрямление — преобразование одно-или трехфазного переменного тока в постоянный ток;

• инвертирование—преобразование постоянного тока в одно- или трехфазный ток фиксированной или меняющейся частоты;
• преобразование частоты — преобразование одно- или трехфазного тока заданной частоты соответственно в одно- или трехфазный ток другой, фиксированной или меняющейся, частоты;
• преобразование числа фаз — преобразование одно- или трехфазного тока заданной частоты соответственно в трехфазный или однофазный ток той же частоты.

В настоящее время наибольшее распространение на судах, вследствие явных преимуществ, получили полупроводниковые преобразователи.

Получение односторонней проводимости полупроводников достигается соединением кристаллов с донорной и акцепторной примесями. В кристаллах с донорной примесью образуются «лишние» свободные электроны и он обладает отрицательной (n — негативной) проводимостью, а в кристаллах с акцепторной примесью в результате «захвата» электронов атомами акцептора образуются дырки и он обладает положительной (p - позитивной) проводимостью. 

Схема бестоковой коммутации электропривода

Контакторные схемы электроприводов успешно применяют на судах, однако они не лишены существенных недостатков. Основным их недостатком является интенсивная изнашиваемость силовых контактов, которые коммутируются под током.

При размыкании цепи тока между контактами возникает электрическая дуга. Ее температура достигает нескольких тысяч градусов. Из-за действия дуги поверхность контактов оплавляется, обгорает, делается неровной, бугристой. У контактов, значительно поврежденных дугой, соприкосновение происходит только в небольшом числе точек, выступающих над контактной поверхностью.

Через эту малую контактную поверхность проходит весь ток, рассчитанный на полную площадь контактной поверхности. Плотность тока в местах соприкосновения контактов становится недопустимой. Температура в этих точках может оказаться столь высокой, что контакты привариваются друг к другу.

Схема тиристорного управления электроприводом шпиля

Схемы электроприводов, построенные по системе генератор — двигатель, обладают хорошими регулировочными характеристиками. Однако для обеспечения работы исполнительных электродвигателей приходится устанавливать приводной двигатель, генератор и возбудитель. Построечная стоимость схемы электропривода растет, обслуживание усложняется.

На рис. 1, а показана тиристорная схема электропривода шпиля, на рис. 1, б — таблица замыканий контактов пульта управления ПУ. Трехфазное питание переменного тока автоматическим выключателем АВ подается на управляемый выпрямительный мост, состоящий из неуправляемых силовых вентилей B1, В2, ВЗ и управляемых вентилей — тиристоров T1, Т2, Т3. Релаксационный генератор (генератор периодических импульсов несинусоидальной формы) управляет степенью открытия тиристоров T1, Т2, Т3, изменяя величину напряжения постоянного тока, подведенного к компаундному электродвигателю.

Элементы бесконтактных и автоматизированных электроприводов

Создание мощных полупроводниковых вентилей и переключателей, применение бесконтактных устройств (магнитных усилителей, сельсинов, вращающихся трансформаторов и др.) явились технической основой коренного улучшения характеристик и широкой автоматизации электроприводов.

Прежде чем приступить к изучению конкретных схем судовых электроприводов, необходимо в дополнение к рассмотренной электроаппаратуре остановиться на элементах бесконтактных и автоматизированных электроприводов.

Датчики изменения фазы

Характер действия многих электрических устройств зависит от фазы напряжения питания. Например, если на одну из обмоток однофазного асинхронного электродвигателя подать напряжение сети Uc, то он будет вращаться, предположим, вправо (рис. 1, а). Стоит на эту же обмотку электродвигателя включить напряжение U1 (рис. 1, б) противоположной фазы, и электродвигатель изменит направление вращения.

Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов с применением полупроводниковой техники

Большинство генераторов работает с регуляторами, выполненными по принципу амплитудно-фазового компаундирования, которое осуществляется с помощью трансформатора. Такие трансформаторы имеют значительные массу и габарит, что объясняется наличием токовых обмоток, по которым протекает главный ток генератора, а также большим сечением сердечника трансформатора. Наличие этих недостатков заставило искать другие системы регулирования напряжения генераторов, которые имели бы меньшие массу и время срабатывания.

Примером такой системы является регулятор типа TUR фирмы EFA (Польша). Этот регулятор (рис. 1) не имеет трансформатора фазового компаундирования, и регулирование напряжения осуществляется корректором по параметру напряжения генератора.

Полупроводниковые управляемые вентили. Динисторы и тиристоры

Полупроводниковые вентили могут иметь сложную четырехслойную структуру из трех р—n-переходов (рис. 1). Напряжение внешнего источника э. д. с. включается плюсом к крайнему р-переходу, а минусом — к крайнему n-переходу. При этом крайние переходы оказываются смещенными в прямом направлении, а средний n—р-переход — в обратном направлении.

Рис.1. Тиристор

а — устройство; б — условное обозначение; в — эквивалентная схема; г — схема включения; д — вольт-амперная характеристика

Ток через прибор не протекает. Однако при повышении напряжения источника до определенной величины происходит электрический пробой среднего - n-р-перехода и через прибор начинает протекать ток.

Тиристорная система возбуждения гребных генераторов

Для обеспечения устойчивых динамических режимов ГЭУ система возбуждения гребных генераторов предусматривает форсировку возбуждения на время пуска или реверса ГЭД. После пуска или реверса ГЭД в асинхронном режиме включается возбуждение, ГЭД втягивается в синхронизм, после чего форсированное возбуждение заменяется нормальным, повышая частоту вращения первичных двигателей, частоту тока (частоту вращения ГЭД) доводит примерно до 0,9 от номинальной, не перегружая машины на швартовной винтовой характеристике. В дальнейшем по мере разгона судна, частоту доводят до номинальной.

В статических режимах для обеспечения устойчивой работы ГЭД в условиях переменных нагрузок на винте система возбуждения генераторов должна автоматически увеличивать ток возбуждения при возрастании тока и наоборот, во избежание выпадения ГЭД из синхронизма при бросках момента и тока.

Этому требованию отвечает система возбуждения, работающая по принципу фазового компаундирования.

В отличие от систем самовозбуждения и фазового компаундирования в проекте предусмотрено автономное питание схемы возбуждения от шин СН, что исключает зависимость от частоты вращения самого генератора, а потому и более удобной в управлении, надёжной, маневренной в различных эксплуатационных условиях (маневры, частичные, динамические режимы при движении на волнении и т.п.).