4 Курс / СЭП / Судовые электроприводы учебное пособие

Подставив значения А и В, получим:

31

Задаваясь моментом стоянки электродвигателя под током и определив n0 для конкретного типа руля и направления движения судна М и n, определяют механическую характеристику исполнительного двигателя, удовлетворяющую заданному времени «Т».

Частоты вращения, соответствующие моментам М и М max:

Mст

1.4.3. Определение мощности и выбор типа рулевого электродвигателя

За номинальную мощность электродвигателя в системе Г–Д с противокомпаундной обмоткой принимается максимальная мощность по механической характеристике. Выбранную мощность относят к часовому и получасовому режиму:

1.4.4. Определение мощности генератора и приводного двигателя

Номинальную мощность генератора определяем

дв

Напряжение генератора принимаем 115В постоянного тока с тем, чтобы при х.х. генератора с ПКО оно не превысило 220В.

Мощность приводного двигателя:

г

Uпр.дв Uсети ,

nпр.дв nг .

При применении асинхронного приводного двигателя необходимо предусмотреть возбудитель для обмоток возбуждения генератора и исполнительного двигателя мощностью (5- 10%)Рид.

32

1.4.5. Рулевой привод с асинхронным исполнительным двигателем

Для двигателей серии МАП Мпуск = (2÷3) М max. Принимаем

Мн = М max.

Тогда

Двигатель проверяют на допустимое число включений в час. Динамические (пусковые) потери энергии в роторе за один пуск вхолостую:

где Sc – скольжение при Мс; n0 – синхронная скорость.

Кроме динамических есть еще потери от статической нагрузки при пуске. Их учитывают коэффициентом:

где Z – число циклов за час; ξ – продолжительность включения.

При предельном моменте по нагреву Мном и фактическом Мс число пусков z определяется разностью между допустимыми и статическими потерями в роторе в «Вт»:

33

Тогда

Морской Регистр требует 350 перекладок в час на 4–6˚.

1.5.Системы автоматического управления рулем

1.5.1.Система автоматического управления курсом судна

Систему автоматического управления (САУ) можно использовать как с электромеханическим, так и с электрогидравлическим приводом. Функциональная схема такой системы дана на рис. 1.19. Эта система обеспечивает следящее и автоматическое управление рулем, обеспечивая либо стабилизацию заданного курса, либо следящее управление курса судна путем введения градусных поправок.

Датчик курсового угла КУ гирокомпаса синхронно связан с сельсином – приемником курса СПк.

Угол поворота через передачу ЧП и дифференциал МД передается трансформатору курса ЛВТк пропорционально углу отклонения судна от курса.

Рис. 1.19. Функциональная схема САУ курсом судна

Тахогенератор ТГ механически связан с сельсином СПк. Напряжение Uдиф, снимаемое с ТГ пропорционально угловой скорости ухода судна от заданного курса. С осью СПк через червячную передачу ЧП и механический дифференциал МД соединен и сельсин СТ, работающий в трансформаторном режиме. От него получает питание управляющая обмотка синхронного двигателя ДА, который через редуктор связан с осью трансформатора ЛВТинт. Напря-

34

жение Uинт. снимаемое с ЛВТинт пропорционально суммарному углу рыскания, накопленному в результате отклонения судна от курса. В цепь интегрирующего устройства включен сельсин СС, работающий в трансформаторном режиме. СС механически связан с ДА. СС обеспечивает возвращение оси ЛВТинт в нулевое положение при переключении системы на следящий режим (переключатель П). Напряжения Uφ, Uдиф, Uинт суммируются и подаются на усилитель У. Усиленный сигнал поступает на электромашинный усилитель ЭМУ, который управляет работой исполнительного двигателя ДИ. ДИ через передаточный механизм ПМ обеспечивает перекладку руля в сторону, противоположную отклонению судна от курса.

Датчик заданного положения руля ДЗР состоит из линейного вращающегося трансформатора ЛВТр и масштабного вращающегося трансформатора МВТ. При работе ДИ одновременно с перекладкой руля осуществляется поворот ЛВТр. Напряжение Uос с ЛВТр является сигналом обратной связи по управляющему воздействию. Оно подается на вход предварительного усилителя У. Таким образом на «У» поступает алгебраическая сумма четырех сигналов, которая определяет скорость и угол перекладки пера руля.

Благодаря введению сигнала обратной связи исключаются паразитные сигналы на входе ЛВТр, возникающие из-за ударов волн о перо руля.

Данная САУ реализует закон управления вида

где α – угол перекладки пера руля; Кос = ∆ /α – коэффициент обратной связи; ∆ – угол отклонения от заданного курса; К1 и К2 – коэффициенты передачи по каналу производной и интеграла.

К1 зависит от массы судна и его значение возрастает с ростом загрузки судна и увеличением рыскливости. Поэтому должна быть предусмотрена возможность настройки тахогенератора (ТГ) в определенном диапазоне. К2 отражает в известном смысле скорость интегрирования. При больших значениях К2 нарушается работа пропорционального устройства.

Малая скорость интегрирования может превратить интегратор в задатчик несимметрии рыскания. Нормальным считается, когда решение формируется в течение десятков колебательных циклов, что по времени занимает несколько минут (СТ+ДА+ЛВТин).

35

1.5.2. Контактный авторулевой «Аншюц»

Контактный авторулевой «Аншюц» может работать с любым видом привода (электроприводом или гидроэлектроприводом). Управляющий сигнал (рис. 1.20) формируется замыканием верхнего или нижнего контакта А, что вызывает включение одного из промежуточных реле по цепи «а» или «б» и далее реле включает элементы по перекладке руля (электромагнит золотника, одну из обмоток генератора и т.д.). Работа: сельсин-приемник 7 питается от датчика гирокомпаса и через кинематическую передачу 6 связан с катушкой 5 указателя курса и через редуктор 15 с зубчатым диском 1. Рычаг 2 отклоняется от нейтрального положения и контакт 3 замыкает цепь «а» или «б». Руль перекладывается, возвращая судно на курс.

От датчика положения руля питается сельсин-приемник 11, обеспечивающий обратную связь. При движении руля сельсинприемник через редуктор 10, муфту с регулируемым зазором 12, редукторы 14 и 15 вызывает обратный поворот диска 1 до тех пор, пока рычаг 2 не вернется в нейтральное положение, что прекращает перекладку.

Угол первичной перекладки или коэффициент обратной связи (КОС), определяющий необходимый поворот руля при определенном уклонении судна, регулируется рукояткой 9 путем изменений передаточного числа редуктора 10. Нелинейный КОС зависит также от зазора в соединительной муфте 12, значение которого можно менять рукояткой 8. В начале возвращения судна на курс приемник 7 меняет направление поворота, и через диск 1 и контакт 3 замыкает цепь обратной перекладки руля.

Возврат руля будет происходить с опережением по отношению к изменению курса. На последнем этапе происходит перекладка руля в обратную сторону в целях сдерживания.

Изменение курса судна производится штурвалом 13 без выключения авторулевого. Штурвал через редукторы 14 и 15 действует на диск 1. Регулятором чувствительности 4 может быть изменен зазор между контактами, что исключает работу рулевой машины при естественных рысканьях судна в свежую погоду, понизив вместе с тем точность стабилизации.

36

Рис. 1.20. Кинематическая схема контактного авторулевого «Аншюц»: А – контакты; 1 – зубчатый диск; 2 – рычаг; 3 – подвижный контакт; 4 – регулятор чувствительности; 5 – картушка указателя курса;

6 – кинематическая передача от датчика гирокомпаса; 7 – сельсин – приемник; 8, 9 – рукоятка; 10 – редуктор; 11 – сельсин-приемник; 12 – муфта;

13 – штурвал; 14 и 15 – дифференциальные редукторы

Рис. 1.21. Функциональная схема бесконтактного авторулевого «АР»

37

На рис. 1.21:

I – от гирокомпаса; II – точно; III – грубо;

СМ – сервомеханизм; РМ – рулевой мех., В – поворотный трансформатор;

1 – сельсин – приемник гирокомпаса;

2 – механическая передача направленного действия; 3 – сельсин – формирование сигнала ручного управления ру-

лем;

4 – тахогенератор, создает ЭДС пропорциональную скорости ухода судна с курса. Фаза зависит от направления поворота;

5 – выпрямитель формирует сигнал на ЭМУ при ручном управлении;

6 – штурвал ручного следящего и простого управления; 7 – сельсин – приемник гирокомпаса обеспечивает привод кур-

соуказателя; 8 – картушка репитера гирокомпаса;

9 – двухстрелочный аксиометр заданного и действительного угла;

10 – подвижный индекс на курсоуказателе, обеспечивает отсчет при переходе на новый курс;

11 – сельсин трансформатор преобразует угол отклонения в электрический сигнал для управления работой интегрирующего устройства;

12 – АД обеспечивает работу интегратора в автоматическом режиме;

13 – редуктор. Заметный поворот его выходного вала при многократном и длительном включении АД 12 в одну сторону. Это происходит при односторонних рысканиях судна;

14 – сельсин – трансформатор создает управляющий сигнал возврата интегратора при переходе в следующий режим;

15 – гидравлическая машина;

16 – рычажный дифференциал; UR2 – модулятор;

М1 – электродвигатель; Н1 – насос;

UR1 – фазочувствительный выпрямитель.

Автоматическое управление

Переключатель S ставится в положение А. Сельсин 1 становится ведущим в работе всех связанных с ним звеньев.

38

В1 – поворотный трансформатор курса. Выходное напряжение пропорционально отклонению от курса.

В2 – поворотный трансформатор руля. Связан с задающим устройством управления насосом.

В3 – поворотный трансформатор интегратора. Напряжение на выходе пропорционально накоплению односторонних рысканий судна.

Формирование и усиление управляющего сигнала происходит на переменном токе. Выходной блок усилителя А2 через фазочувствительный выпрямитель UR1 действующий на электромашинный усилитель А3.

В целях исключения колебаний серводвигателя М3 введена обратная связь по напряжению А3, которая через модулятор UR2 действует в общей цепи сигнала.

Уставка чувствительности осуществляется изменением коэффициента усиления усилителя А2. Загрубление необходимо в свежую погоду при больших рысканиях судна. Уставка сигнала по производной тахогенератора производится изменением напряжения, подаваемого на коллекторную цепь усилителя А1.

КОС (коэффициент обратной связи) характеризует количественно выбранную пропорциональность угловых соотношений ухода судна с курса φ и поворота руля КОС = /α.

Его регулировка производится изменением соотношений напряжений Uк и Uр, снимаемых с преобразователей В1 и В2 (рис. 1.22), эквивалентным углом поворота «φ» и «α». Эти напряжения, действующие встречно, являются частью общего сигнала управления Uу, подаваемого на усилитель А2. Рабочим органом смены КОС является масштабный поворотный трансформатор «U». U – это обычный синус – косинусный четырехобмоточный поворотный трансформатор.

На обмотки ротора подаются:

39