книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

мента для преодоления инерции крана с грузом; осуществление эф­ фективного торможения при остановках; плавный пуск и торможение, исключающие раскачивание груза.

Приводной двигатель механизма поворота — двухскоростной. Из­ менение основной скорости достигается переключением обмотки ста­ тора с треугольника на двойную звезду. Схема управления симметрич­ ная, а поэтому рассматриваем только положение «вправо». В первом положении командоконтроллера включаются контакторы ВВ, В, М, 3, ЗКТ и реле времени 1РВ. Расторможенный электродвигатель вклю­

чается на звезду в течение 0,5 с, пока электромеханическое реле вре­ мени 1РВ не разомкнет свои н. з. контакты. Включение двигателя на

обмотку статора, соединенную звездой, используется как предвари­ тельная ступень пуска. При этом двигатель развивает момент мень­ ший, чем нужно для поворота крана с грузом, но достаточный для выбирания люфта механической передачи. Уменьшение пускового момента снижает ускорение привода и исключает возможность появле­ ния чрезмерных динамических усилий, т. е. обеспечивается большая плавность трогания с места. По истечении выдержки времени 1РВ

его н. з. контактами отключается катушка 3, а н. о. контактами под­ ключается контактор Т. При включении контактора Т обмотка стато­

ра пересоединяется на треугольник, и двигатель, увеличивая пусковой момент, производит поворот крана с малой скоростью. Замкнувшиеся блок-контакты Т подключают реле времени РУ. Во втором положении командоконтроллера по истечении выдержки времени реле РУ вклю­ чается контактор КБ, который своими контактами отключает контак­ торы М, Т, реле времени 1РВ и включает контактор ДЗ. Последний в свою очередь вызывает срабатывание контакторов 3, Б, и обмотка

статора оказывается соединенной по схеме двойная звезда. Число полюсов статора сокращается с восьми до четырех, и двигатель разви­ вает максимальную частоту вращения. Ограничение поворота достига­ ется конечным выключателем, н. з. контакты КВП н КВЛ которого

отключают электродвигатель механизма поворота в крайних положе­ ниях крана. При быстром переводе командоконтроллера из нулевого положения во второе процесс пуска привода происходит автомати­ чески и протекает следующим образом.

Первоначально электродвигатель подключается с обмоткой стато­ ра, соединенной звездой. После 0,5 с (выдержка времени 1РВ) проис­

ходит переключение со звезды на треугольник, при этом число полю­ сов остается равным восьми. На первой скорости электродвигатель ра­ ботает в течение 0,75 с (выдержка времени реле РУ) и затем, пере­

ключенный на двойную звезду, начинает развивать максимальную частоту вращения. При возврате командоконтроллера из второго по­ ложения в нулевое процесс торможения также протекает автомати­ чески. После установки командоконтроллера в нулевое положение ре­ версивные контакты В или Я продолжают получать питание через н. з. контакты 1РВ, и обмотка статора с включенными контакторами М и 3

оказывается соединенной в звезду и подключена к сети. В это время про­ исходит процесс рекуперативного торможения в связи с переходом двигателя с большей скорости на меньшую. Данный процесс протекает

360

в течение 0,5 с, так как катушка 1РВ при обесточивании КБ получа­

ет питание и через указанную выдержку времени размыканием н. з. контактов 1РВ обесточивает реверсивные контакторы (В или Я).

При отключении двигателя от сети замкнувшимися блок-контактами реверсивных контакторов подается напряжение на контактор КД,

который подключает обмотку статора, соединенную звездой, к сети постоянного тока, и двигатель работает в режиме динамического тор­ можения. Отключение электромагнитного тормоза и двигателя от сети постоянного тока осуществляется реле времени РТ, катушка которого включается вместе с КД, и выдержка времени составляет 1 с. За этот

период времени кран почти полностью останавливается и происходит одновременное наложение механического тормоза, который также обесточивается по окончании выдержки времени РТ. Подобное комби­

нирование торможения обеспечивает большую плавность остановки и намного облегчает работу тормоза. Тепловая защита двигателя осуществляется термореле 1ТР, которое при превышении температу­

ры обмотки статора выше допустимой отключает электродвигатель от сети. Трансформатор 1Тр, питающий сеть постоянного тока, от пере­ грузки защищается тепловым реле ТРД, которое при срабатывании размыкает цепь контактора динамического торможения КД. Во время

эксплуатации данного электропривода особенное внимание следует уделить регулировке электромагнитных тормозов, и в первую очередь служащих для механизма подъема. Эти тормоза являются саморегу­ лирующимися, но были случаи разрегулировки их из-за самоотвинчивания регулировочного болта, включающего микровыключатель экономического сопротивления ЭВ катушки тормоза. Это может при­

вести к выходу из строя кремниевых выпрямителей тормоза от пере­ грузок, к которым они очень чувствительны. Необходимо периоди­ чески (вместе с осмотром контактов) замерять щупами зазор между дисками тормоза (при увеличении зазора до 5 мм колодки надо за­ менять) и следить за исправностью цепи динамического торможения поворота крана. При неработающем динамическом торможении кран после установки рукоятки командоконтроллера в нулевое положение будет продолжать поворачиваться по инерции на угол 20—30°, что приведет к быстрому выходу из строя электромеханического тормоза двигателя поворота. В процессе эксплуатации часто действительная продолжительность включения оказывается больше стандартной. Это приводит к перегреву обмоток статора, которые могут быть свое­ временно отключены при четком срабатывании тепловой защиты.

Слабым звеном в электрооборудовании крана являются конечные выключатели, подверженные действию морской воды. В процессе эксплуатации необходима проверка их герметичности.

Контакторная схема грузовой лебедки. На рис. 209 представлена схема управления электроприводом грузовой лебедки судов типа «Выборг». Схема управления двигателями грузовых лебедок на тепло­ ходах типа «Выборг» — это усовершенствованная схема электропри­ вода лебедок судов типа «Андижан». Она имеет определенные преиму­ щества. Вся аппаратура управления переменного тока напряжением 380 В, за исключением реле времени 1РУ, 2РУ, 1РТ и 2РТ, получает

361

ин

Рис. 209: Контакторная схема управления электроприводом грузовой лебедки на переменном токе

питание через селеновые выпрямители. Это позволило исключить из схемы трансформаторы и выпрямители. Контакторы переменного тока обеспечивают надежную работу станции. Трехскоростной элект­ родвигатель развивает при напряжении 380 В номинальную мощность 4,5/22/44 кВт при 145/500/1430 об/мин соответственно. Вентилятор приводится во вращение отдельным короткозамкнутым электродвига­ телем Дв, который включается контактором КВ. Питание на схему по­ дается через переключатель цепей управления П и блокировочный кон­ такт вентиляционного люка электродвигателей Б К- Схема симмет­

ричная, поэтому рассмотрим ее работу только при подъеме.

В нулевом положении командоконтроллера получает питание реле PH, а после замыкания его контактов — реле 1РУ и 2РУ. В первом положении сначала срабатывает контактор В, получающий питание через контакты 2РТ и К8. Один из блок-контактов В подготавливает

цепь питания катушки данного контактора через н. о. контакт реле 2РТ, второй включает через контакт КЗ контактор М, третий — через контакт Кб реле времени 2РТ и контактор. КТ. После срабатывания 2РТ контактор В получает питание через н. о. контакты 2РТ, а первая цепь н. з. 2РТ—К8 отключается разомкнувшимися н. з. контактами

по истечении выдержки времени реле 1РУ, начавшейся после срабаты­ вания контактора М, получает питание контактор С. Разомкнувший­ ся при этом контакт реле 1РУ вводит в цепь тормозного электромагнита экономическое сопротивление. Отключение контактора М при медлен­

ном повороте рукоятки командоконтроллера осуществляется контак­ тами КЗ, а при быстром — отключением цепи размыкающимися блокконтактами С, через которые контактор М подключен до включения

средней скорости.

Во втором положении получает также питание реле времени 1РТ,

которое своими н. о. контактами удерживает включенным контактор КТ при работе на второй и третьей скоростях. Выдержка времени реле 1РТ, которая составляет 0,5 с, исключает перерыв питания катушки контактора КТ при переключении со второй на третью скорость и нао­ борот. В третьем положении замыкается контакт К1 и по истечении выдержки времени реле 2РУ, обесточенного блок-контактами С, по­ лучает питание контактор Б, переводящий электродвигатель на харак­

теристику, соответствующую большой скорости. Один из блок-контак­ тов Б отключает одновременно контактор С, а другой подключает ка­ тушку 1РТ через свой контакт. При быстром переводе рукоятки ко­

мандоконтроллера из нулевого положения в третье благодаря реле времени 1РУ и 2РУ двигатель автоматически развивает обороты по

характеристикам первой, второй и третьей скоростей.

При быстром переводе рукоятки командоконтроллера в нулевое положение переход электродвигателя на низшую скорость автомати­ зирован. При этом обесточиваются контакторы Б, С и КТ и реле вре­ мени 2РТ. Однако н. о. контакт реле 2РТ в течение 0,5 с еще не раз­

363

рывает цепь реверсивного контактора В, н. о. контакт которого держит подключенным контактор малой скорости М.

Скорость ротора, вращающегося по инерции, оказывается выше скорости поля статора соответствующей тихоходной обмотки, и дви­ гатель работает в режиме рекуперативного торможения. За это время благодаря тормозному моменту двигатель снизит обороты до малой скорости, чем облегчит работу тормоза, время срабатывания которого составляет 0,4 с. Контакты контактора КТ, шунтирующие контакты командоконтроллера КЗ, позволяют осуществлять режим рекупера­

тивного торможения также при крайних положениях рукоятки, соот­ ветствующих реверсу. Однако при быстрых реверсах порядок вклю­ чения статорных обмоток не соблюдается. Это объясняется тем, что из-за включенного контактора М реле 1РУ, имеющее выдержку вре­ мени 1,5 с, оказывается отключенным и н. з. контакт реле 1РУ—

замкнутым. В результате двигатель, не остановившись, меняет нап­ равление вращения и работает без выдержки времени реле 1РУ сразу

на второй скорости. Это приводит к большим броскам тока в статорной обмотке средней скорости и ее нагреву. Кроме того, электромагнитный тормоз включается тогда, когда н. о. контакты 1РУ не шунтируют

экономическое сопротивление. Это приводит к пуску двигателя в за­ торможенном состоянии и нагреву тормоза.

Термореле 1ТР надежно защищает электродвигатель от перегрева

и сгорания изоляции статорных обмоток. Подключение схемы управ­ ления ко всем трем фазам обеспечивает отключение двигателя лебедки при обрыве любой из фаз и, как следствие, защиту от перегрузки. Защита электродвигателя вентилятора от перегрузки осуществляется реле 2ТР.

Опыт эксплуатации грузовых лебедок показал, что электрообору­ дование имеет весьма существенные недостатки:

а) действительная продолжительность включения статорных об­ моток больше установленных паспортных значений. Это отражается на работе, особенно статорной обмотки большой скорости, на которой преимущественно производятся все грузовые операции;

б) слабая конструкция механической части силовых контакторов. Несмотря на то, что в паспорте контакторов указано, что они рассчи­ таны на 600 включений в час, даже при меньшем числе включений пластмассовые держатели, составляющие одно целое с подвижной частью, ломаются. Кроме того, плохое крепление блок-контактов в рей­ ках при работе контакторов и вибрации вызывает их выпадение;

в) из-за недостаточной герметичности электродвигателя возможно попадание масла из редуктора на обмотку статора.

Тиристорное управление электроприводом грузовых лебедок. Раз­ витие полупроводниковой техники позволило создать ряд электро­ приводов грузоподъемных устройств с применением тиристорных пре­ образователей, которые нашли применение на судах морского флота. Основным направлением по совершенствованию электроприводов гру­ зоподъемных устройств с помощью полупроводниковой техники явля­ ется применение: тиристорного преобразователя — двигателя постоян­ ного тока (вместо существующей в настоящее время системы Г—Д);

364

тиристорного преобразователя частоты— асинхронного короткозамк* нутого двигателя (наиболее перспективного способа); различных ис­ кусственных систем с тиристорами в цепи асинхронного двигателя.

Рассмотрим схему управления электроприводом переносной тяже­

короткозамкнутый асинхронный двигатель мощностью 54 кВт, частота вращения которого изменяется при помощи регулятора напряжения переменного тока на тиристорах. Особенность электродвигателя с ко­ роткозамкнутым ротором — необычная схема обмотки статора, выпол­ ненная в виде двойной звезды. При питании от сети трехфазного тока обе обмотки калсдой фазы работают как две параллельные ветви одной обмотки. При питании от выпрямителя, выполненного на ти­ ристорах Т, они последовательно обтекаются постоянным током.

На двигатель навешен электромагнитный тормоз ТМ и тахогенера-

торы переменного тока с встроенным выпрямителем. Электродвига­ тель А Д подключен к сети через три группы полупроводниковых эле­ ментов. Каждая группа состоит из тиристора ТН и диода Д, вклю­

ченных встречно. Такое включение обеспечивает нормальную работу регулятора переменного тока и дает возможность рекуперативного торможения. Для защиты диода и тиристора от.пробоя в переходном режиме параллельно им включены последовательно соединенные сопро­ тивление и конденсатор. Емкость конденсатора шунтирует образующие­ ся при этом высшие гармонические напряжения. Сопротивление же ограничивает ток разряда конденсатора до величины, которая допусти­ ма для рассматриваемых элементов. Эта цепочка обеспечивает и вырав­ нивание обратных напряжений. Принцип действия регулятора напря­ жения переменного тока заключается в следующем: при подаче по­ ложительного импульса на управляющий электрод тиристора он открывается, т. е. начинает проводить ток в прямом направлении; во-время прохождения отрицательного полупериода переменного напряжения через ноль тиристор запирается до получения следую­ щего импульса. С изменением момента подачи импульсов по отноше­ нию к положительной полуволне изменяется угол включения а, а

следовательно, и величина напряжения, подведенного к двигателю. Зависимость между средним значением приложенного к двигателю

где Emах— амплитуда линейного напряжения.

Торможение осуществляется постоянным током от двухплечего выпрямительного блока на тиристорах Т с нулевым выводом. Ток по­

дается на нулевые точки параллельно соединенным звездам статор­ ной обмотки. При этом создается неподвижное магнитное поле, благо­ даря чему на валу вращающегося ротора появляется тормозной мо­ мент. Цепь торможения питается через трансформатор торможения ТрТ, первичная обмотка которого подключается к сети через контакты

365

СО

от

от

Пр

— I КнП

Up _i_ TPt кнс

Таблица за м ы ка н и й конт акт ов командоконтроллера

РВУ

Рис. 210. Принципиальная схема электропривода грузовой лебедки тяжеловесного грузового устройства

реле времени управления РВУ. Блок управления Б У получает пита­ ние через трансформатор управления ТрУ 380/48 В. Силовые контак­ торы В, Н и КВП питаются рабочим напряжением 380 В, остальные

контакторы и реле питаются через понижающий трансформатор цепей управления ТрЦУ 380/24 В. В исходном положении включен разъе­ динитель Р, замкнут при открытии вентиляционных люков конечный выключатель КВЛ и замкнутое положение имеет кнопка аварийной остановки КнАС. При включении КВ нажатием на кнопку КнП по­

электромагнитный тормоз ТМ, ко­

торый растормаживает электродви­ гатель. Одновременно с ТМ сраба­

тывает контактор В и статорная обмотка двигателя подключается к ре­

гулятору напряжения. Для уничтожения остаточного намагничива­ ния, необходимого для более четкого срабатывания электромагнитного тормоза, полярность напряжения на его катушке при реверсе изменя­ ют с помощью вспомогательных реверсивных контакторов В В и ВН.

На рис. 211 показана принципиальная схема управления тиристора­ ми: регулятора напряжения ТН и цепи электродинамического тормо­ жения ТТ для одной фазы. Схема очень упрощена, в действительности

она гораздо сложнее и имеет больше элементов, но принцип действия отражает правильно.

Рассмотрим работу схемы управления. При установке командо­ контроллера в первое положение «подъем» электродвигатель расторма­ живается и контактором В подключается к питающей сети. Одновре­ менно через командоконтроллер на сопротивление R1 подается эта­

лонное напряжение, соответствующее 10,7% номинальной скорости. В первоначальный момент пуска, когда двигатель неподвижен, сопро­ тивление R1 находится под полным эталонным напряжением Ug

в прямом направлении. Это обеспечивает подачу на базы транзисторов Т1 и Т2, выполняющих функции усилителей, значительного положи-

367

тельного смещения. Но откроется только Т1, так как он имеет структу­ ру п-р-п. Коллекторный ток транзистора начнет интенсивно заряжать конденсатор С релаксационного генератора импульсов ГИУ, основой которого служит однопереходный транзистор 011Т1. Зарядка С1 происходит очень быстро (три источника— И, ТрУ и TI), и к на­

чалу положительной полуволны приложенного напряжения потенциал на эмиттере 0ПТ1 достигает максимального значения. Однопереходный

транзистор открывается, сопротивление между его базами резко сни­

ния электропривода в сторону подъема Ugвыше UTr,

так как груз тормозит привод и тем самым напряжение тахогенератора на кратковременный период времени снижается. Процесс динамическо­ го торможения начаться не может, так как отсутствует отрицатель­ ное смещение на транзисторе Т2. Если командоконтроллер перевести в последующие положения (2, 3, 4, 5), то произойдет аналогичное

явление, но скорость электродвигателя будет выше, так как при более высоком эталонном напряжении Ug компенсация его напряжением

тахогенератора произойдет при больших оборотах двигателя. Скорость электродвигателя в процентах от номинальной при различных поло­ жениях контроллера составит: I I —-23,6, III — 36,6, I V — 49,4, V — 62,3, V I — 100%. Если переключить командоконтроллер с бо­

лее высокой скорости на низкую при подъеме груза, то в первый мо­ мент UTT буде? больше Ug. На базе Т2 появится отрицательное смеще­ ние, и в результате ТТ откроется. Статорная обмотка получает постоян­

ный ток, и двигатель работает в режиме динамического торможения.

368

Для формирования управляющего импульса также используется релаксационный генератор ГИТ. Эта часть схемы отличается от рас­ смотренной тем, что угол включения а тиристора полностью зависит

от величины смещения. И когда оно будет равно нулю, генератор пе­ рестает работать, т. е. в период положительной полуволны тиристор Т Т не будет получать управляющего импульса и он все время будет

закрыт. При этом статорная обмотка перестанет получать постоянный ток, исчезнет тормозной момент и двигатель продолжит подъем груза с постоянной скоростью, которая уже будет меньше предыдущей. В первый момент после установки командоконтроллера в нулевое по­ ложение, несмотря на то что катушка ТМ обесточивается, тормоз из-за

электромагнитной инерции не срабатывает. Ввиду того что в нулевом положении командоконтроллера Ug — 0, а из-за вращения двигателя по инерции (Утг >• 0, на транзистор Т2 подается отрицательное сме­ щение. Он открывается, подает импульс на тиристор ТТ, и статорная

обмотка получает постоянный ток. Процесс динамического торможения будет продолжаться до тех пор, пока скорость электродвигателя не упадет до нуля и вследствие этого закроется транзистор Т2. При пере­

воде командоконтроллера в первое положение «спуск» включаются реверсивные контакторы И и схема начинает работать аналогично по­

ложению «подъем». Двигатель разгоняется под действием приложен­ ного напряжения и массы груза. Но как только скорость станет выше заданной величины, напряжение тахогенератора превысит эталонное и начнет работать система динамического торможения. Ускорение электродвигателя прекратится. Ввиду того что действительная ско­ рость всегда несколько выше заданной и t/Tr больше Ug, в статорной

обмотке в процессе спуска циркулирует постоянный тормозной ток, величину которого определяет тормозной момент электродвигателя. Очевидно, величина тока зависит от массы груза. При установке командоконтроллера в положение 2— 5 скорость спуска груза увели­

чивается, но работа схемы не изменится.

Если командоконтроллер установлен в шестое положение, то схема управления получит значительную величину Ug (120% от номиналь­ ного при подъеме). В этом положении Ug всегда больше UTr. Динами­ ческое торможение прекращается, через тиристоры ТН двигатель по­

лучает полное напряжение, и под действием вращающего момента и и массы груза он разгоняется до скорости выше синхронной. При этом наступает режим рекуперативного торможения и скорость устанавли­ вается в зависимости от массы груза. Если рукоятку командоконт­ роллера перевести в пятое положение, то UTr опять станет больше Ug, появится тормозной ток и скорость электродвигателя начнет умень­

шаться до наступления равновесия. При дальнейшем перемещении рукоятки в низшем положении контроллера физический процесс протекает аналогично. Несмотря на то что в схеме управления исполь­ зовано очень много полупроводниковых элементов, она надежна и от­ носительно проста. Рассмотренная система менее чувствительна к не­ поладкам в схеме управления и питающей сети по сравнег&ю с другими системами тиристорного электропривода. Поскольку в трехфазной цепи тиристоры зашунтированы встречно включенными диодами,

369