Системы управления и состав электрооборудования электроприводов якорно-швартовых устройств (ЭП ЯШУ).

Для управления ЭП якорно-швартовных устройств применяют следующие системы управления: контроллерные, контакторные и системы Г-Д.

Контроллерные системы управления применяют преимущественно в ЭП мощностью до 20 кВт (в отдельных случаях и большей мощности). Управление ЭП при данной системе осуществляется силовым кулачковым контроллером серии KB, контакты которого включены в силовую цепь ЭД. Контроллеры устанавливают на палубе вблизи механизма, а ящики с пускорегулировочными резисторами под палубой. Для предотвращения обгорания контактов контроллера в схему обычно вводят линейный контактор, обеспечивающий коммутационную нагрузку при включении ЭД. Линейный контактор также выполняет функцию нулевой защиты, с его помощью также осуществляется защита ЭП от перегрузок. Высокая надежность и простота обслуживания этих аппаратов дают им преимущество перед другими системами.

Применение контроллерных систем при мощности ЭП выше 20-25 кВт не рекомендуется, их заменяют контакторными системами, которые наиболее широко распространены на современных судах. Эти системы обеспечивают автоматизацию процесса пуска, регулирования режимов и необходимую защиту ЭД. Для управления используют комплектные устройства в виде контакторных станций, называемых магнитными контроллерами. Магнитные контроллеры применяют как в ЭП постоянного тока (серий БП и ВП брызго и водозащищенного исполнения), так и в ЭП переменного тока (серии БТ и ВТ брызго и водозащищенного исполнения). Автоматизация отдельных режимов (пуск, торможение) выполняется, как правило, в функции времени. Управление якорно-швартовными ЭП осуществляется при помощи командоконтроллеров, которые устанавливаются вблизи механизмов.

Системы Г-Д имеют ограниченное применение. В свое время их использование было оправдано для больших мощностей якорных ЭП, где устройства интенсивно использовались и по технологии выполняемых работ требовали большего предела и плавности регулирования. Системы Г-Д выполняют с противокомпаундной обмоткой генератора, чем обеспечиваются смягчение механических характеристик, защита от перегрузки по току и ограничение мощности, потребляемой из сети. Целесообразным также следует считать замену электромашинного преобразователя тиристорным. что в качестве эксперимента осуществляется на некоторых судах.

При всех системах управления ЭД якорно-швартовных механизмов по требованию Регистра РФ должны обеспечиваться системами защиты от токов короткого замыкания и перегрузок, а также нулевой защитой, которые устанавливают на распределительных щитах питания и в магнитных контроллерах. Системы защиты могут вызывать отключение ЭП, ограничение нагрузочного режима или подачу предупреждающего сигнала. Защиту от перегрузки в отечественных ЭП с асинхронными двигателями типа МАП выполняют в некоторых случаях с помощью тепловых токовых реле серии ТРТ, но за последние годы более широкое применение получили температурные средства защиты: биметаллические термореле, встроенные непосредственно в лобовые части обмоток статора, и термореле с использованием полупроводниковых терморезисторов. Защита от коротких замыканий осуществляется автоматическими выключателями. Нулевая блокировка, выполненная посредством электромагнитных реле, позволяет восстановить работоспособность схемы только после постановки командоаппарата в нулевое положение, что обеспечивает безопасность ведения якорных и швартовных операций. Кроме указанных защит, якорно-швартовные ЭП снабжаются ручными выключателями безопасности, которые устанавливаются на командоконтроллере и отключают ЭД при поломке механизма или возникновении ситуаций, опасных для обслуживающего персонала.

В качестве примера рассмотрим ряд типовых схем, имеющих широкое распространение на судах морского флота отечественной и зарубежной постройки.

Типовая контакторная система управления. На судах отечественной постройки применяют типовую контакторную схему (рис. 131) ЭП якорно-швартовного устройства, служащую для управления 3-скоростными 3-обмоточными АД мощностью до 75 кВт. Управление ЭП осуществляется посредством командоконтроллера с тремя рабочими положениями в двух направлениях вращения. Переключение контактов КК при различных положениях приводит к подключению обмотки статора с определенным числом полюсов, и этим достигается регулирование скорости.

Схема симметрична (работает одинаково в сторону «Выбирать» и «Травить»), поэтому ее работу рассмотрим только в положении «Выбирать». В нулевом положении командоконтроллера при подаче напряжения на схему в замкнутом выключателе управления 2SA через размыкающие контакты реле КТ1 и замкнутый контакт 1SA1 питание поступает на выпрямитель UZ, а от выпрямителя через размыкающий контакт КМ6 контактора тормоза и контакты реле защиты включается реле KT1 напряжения. Контакты этого реле в цепи контакта SA1 размыкаются, но замыкаются 2 других контакта КТ1, которые шунтируют контакт 1SA1 (подготавливается цепь нулевой защиты). От выпрямителя через замкнутый в нулевом положении контакт 1SA2 срабатывает реле времени КТ2, которое без выдержки времени размыкает свой контакт в цепи контактора КМ5 и замыкает контакт в цепи контактора КМ4. Кроме этого, в нулевом положении командоконтроллера через контакт 1SA8, контакты грузового реле КК6 и промежуточного реле KV2 получает питание катушка промежуточного реле KV1. Его замыкающий контакт замыкается в цепи катушки контактора КМ5, а размыкающий контакт размыкается в цепи катушки контактора КМ4. Другим замыкающим контактом промежуточного реле KV1 шунтируется контакт 1SA8, через контакт 1 SA8 и контакт реле KV1 включается сигнальная лампа HL.

При переводе рукоятки командоконтроллера в первое положение «Выбирать» замыкаются контакты 1SA3 и 1SA5, а контакты 1SA1 и 1SA2 размыкаются. Через контакты IS A3 получает питание реверсивный контактор KMI и своими главными контактами частично обеспечивает питание ЭД. Через замыкающий вспомогательный контакт КМ1 включается контактор тормоза КМ6, происходит растормаживание ЭД тормозным магнитом YB, а после срабатывания контактора КМ6 через контакт IS A3, вспомогательные контакты КМ1 и КМ6, контакт ISA5 включается контактор первой скорости КМЗ. Его главные контакты подключают тихоходную обмотку статора АД, и начинается его работа на малой скорости, которая служит для втягивания якоря в клюз и для швартования с малой скоростью. Несмотря на размыкание контактов 1SA2 реле КТ2 через замыкающий контакт КМЗ продолжает получать питание, а через другой замыкающий контакт КМЗ (вместо разомкнувшихся контактов КМб) продолжает получать питание реле КТ1.

При переводе рукоятки командоконтроллера во второе положение размыкаются контакты 1SA5, a 1SA6- замыкается. В результате этого контактор КМЗ теряет питание и отключает тихоходную обмотку, а по цепи 2SA-KTI-1SA3-KM1-КМб-КМЗ-1SA6 получает питание контактор КМ4 второй скорости, который и включает соответствующую обмотку двигателя. Теперь реле КТ1 питается через контакты КМ4, реле КТ2 выключается.

Если рукоятку командоконтроллера перевести в третье положение, то размыкаются контакты 1SA6 и замыкаются ISA 7. Размыканием контактов 1SA6 отключается контактор КМ4, и если к этому моменту выдержка времени реле КТ2 истекла, то его замыкающий контакт разомкнётся, а размыкающий замкнется и включит контактор КМ5 (последний подключает быстроходную обмотку статора). Если при быстром переводе рукоятки командоконтроллера в третье положение выдержка времени реле КТ2 еще не истекла, то, несмотря на разомкнутый контакт ISA6, через замкнутый контакт ISA7 и замыкающий контакт КТ2 продолжает получать питание контактор КМ4, т.е. АД продолжает работать на второй скорости. Это происходит в течение выдержки времени реле К Т2, а после истечения выдержки времени замыкающими контактами КТ2 отключается контактор КМ4, а размыкающими контактами КТ2 включается контактор КМ5. Таким образом, при быстром переводе рукоятки командоконтроллера из нулевого в третье положение АД неизбежно работает на второй скорости и затем переходит на третью. Этим обеспечивается его плавный пуск.

При положениях контроллера «Травить» вместо контактов 1SA3 замыкаются контакты 1SA4 и соответственно включится уже другой реверсивный контактор КМ2. В результате этого фазы сети, подключаемые к соответствующим фазам АД, меняются местами, вследствие чего АД будет вращаться в обратном направлении.

Последующее срабатывание аппаратуры аналогично положению «Выбирать».

В схеме предусмотрены следующие виды защиты:

1. При снижении напряжения или его отключении происходит выключение реле КТ1, которое размыкает свои замыкающие контакты и отключает тем самым всю схему управления. После восстановления напряжения пуск АД возможен только при возврате рукоятки командоконтроллера в нулевое положение (нулевая и минимальная защита). Выдержка времени реле КТ1 исключает ложное срабатывание при кратковременном снижении напряжения или кратковременном отключении питания.

2. В случае больших перегрузок по току срабатывает одно из реле KKI-KK5 и посредством реле КТ1 двигатель отключается от сети и затормаживается тормозом. При аварийной ситуации последствия срабатывания защиты от перегрузок ликвидируются выключателем 3SA: нажатием на педаль и включением выключателя 3SA при нулевом положений рукоятки командоконтроллера получает питание реле KV2, которое своими замкнувшимися контактами шунтирует контакты тепловых реле. В этом случае исключается только работа на третьей скорости, так как размыкающие контакты КМЗ исключают эту шунтирующую цепочку.

3. Индивидуальная защита АД при работе на третьей скорости от перегрузок выполнена с помощью грузового реле КК6. Нагревательный элемент этого реле, включенный в силовую цепь обмотки третьей скорости, при перегрузке быстроходной обмотки срабатывает. Контакт КК6 обесточит реле КVI. Один из контактов KV1 разомкнётся, отключая контактор КМ5, а другой контакт К VI замкнется, и через него включится контактор КМ4, в результате АД автоматически перейдет работать на вторую скорость. О срабатывании грузовой защиты сигнализирует погасание сигнальной лампы HL. Если обстановка требует быстро включить третью скорость, то для этого следует при втором положении командоконтроллера включить выключатель 3SA. При этом включается реле KV2 и своим замкнувшимся контактом зашунтирует разомкнутый контакт КК6 и подключит реле К VI. Последнее при переводе рукоятки командоконтроллера в третье положение подключит контактор КМ5.

Контакторная система управления фирмы «Сименс». На судах чипов «Волголес» и «Красноград» установлены якорно-швартовные устройства, укомплектованные серийными 3-скоростными АД различных мощностей (имеют по 2 независимые статорные обмотки). Одна из обмоток выполнена по схеме Даландера и при соединении по схеме «треугольник» или «открытый треугольник» образует вращающееся магнитное поле с числом полюсов 2p-16, а при переключении на «двойную звезду»-2р8. Вторая обмотка выполнена с числом полюсов 2р-4. Двухклеточный ротор позволяет получить большую кратность пусковых моментов АД при включении на любую скорость. В зависимости от назначения ЭП максимальный момент должен принимать различную кратность номинальному значению. Например, шпилевой ЭП при работе на первой скорости должен развивать максимальный момент, равный 2-кратному номинальному, а брашиильный ЭП-примерно 1.5-кратному. Для этой цели в ЭП шпиля предусмотрена возможность соединения статорной обмотки при 2p7-16 по схеме «треугольник», а в ЭП брашпиля-по схеме «открытый треугольник». При соединении по схеме «открытый треугольник» происходит несимметричное включение АД в сеть и образуется пульсирующее магнитное поле, которое можно разложить на 2 поля, вращающиеся в разные стороны: поле прямой и поле обратной последовательности. Полю прямой последовательности соответствует вращающий момент, развиваемый АД при соединении обмотки по схеме «треугольник», а обратному полю тормозной момент. Алгебраическая сумма этих моментов, развиваемых при соответствующих частотах вращения АД. будет меньше.

В приведенной на рис. 132 схеме обмотки статора соединены в «треугольник» (соединение «открытый треугольник» образуется, если убрать перемычку 1-1'). При подаче напряжения на схему и включении аварийного выключателя 2SA, расположенного на колонке командоконтроллера (он имеет пружинный нулевой возврат), срабатывают реле напряжения КVI и вспомогательный контактор КV4 тормозного магнита. При срабатывании реле КVI подготавливается к включению схема управления, а при включении контактора KV4 замыкающими контактами шунтируется экономический резистор в цепи тормозного магнита. Размыкание контакта К V4 в цепи реле КVI не прерывает цепь этого реле, так как размыкающие контакты KV4 зашунтированы контактами реле времени К Т 3. Схема управления работает симметрично относительно положений «Выбирать» и «Травить», поэтому рассмотрим ее работу только в положении «Выбирать».

В положении1 командоконтроллера замыкаются контакты ISA2 и 1SA4 и подается напряжение на катушки контактора КМЗ первой скорости и реверсивного контактора КМ1. В результате срабатывания контакторов KMI и КМЗ обмотка статора, соединенная в «треугольник», подключается к сети, а также подается напряжение на катушку контактора КМ7 тормоза. При включении контактора КМ7 тормозной электромагнит YВ, получив питание, срабатывает и расторможенный АД работает на первой скорости, а размыкающими контактами КМ7 в цепь катушки контактора вводится экономический резистор. Срабатывание электромагнитного тормоза вызывает размыкание механически сблокированного с ним конечного выключателя SQ, который обесточивает контактор KV4. В результате этого замыкающие контакты KV4 размыкаются и в цепь катушка YB вводится экономический резистор, а размыкающие контакты KV4 в цепи КVI замыкаются. В этом положении также получают питание реле времени КТЗ, которое с выдержкой времени размыкает свои контакты, но отключения КVI не происходит, так как эти контакты оказались уже зашунтированными контактами KV4. Подобное сочетание контактов KV4 с контактами КТЗ обеспечивает контроль за исправным состоянием и работой конечного выключателя SQ тормоза. Работе АД на этой скорости соответствует механическая характеристика 1 (рис. 133), которая используется при медленном подтягивании судна к причалу.

В положении 2 командоконтроллера контакты 1SA4 размыкаются, а контакты 1SA5 замыкаются. При этом отключаются контактор КМЗ и обмотка статора, соединенная в «треугольник». При замыкании размыкающего вспомогательного контакта КМЗ в цепи катушек контакторов второй скорости происходит последовательное срабатывание контакторов КМ4 и КМ5, которые переключают обмотку статора с «треугольника» на «двойную звезду» и подсоединяют ее к сети. Также подключается и катушка реле времени КТ1, которое начинает отсчет выдержки времени. Работе АД на этой скорости соответствует механическая характеристика 2 (см. рис. 133). Второе положение используется при работе с номинальной скоростью при подтягивании с номинальным тяговым усилием.

В положении 3 командоконтроллера замыкаются контакты 1SA6, и по истечении выдержки времени реле KT1 (составляет 2 с) подается напряжение на катушку контактора КМб третьей скорости. Контактор КМб при срабатывании подключает быстроходную обмотку статора и. обесточивая контакторы КМ5 и КМ4, отключает вторую скорость. Третья скорость (характеристика 3, см. рис. 133) служит для быстрого выбирания троса при половинной нагрузке и продолжительности включения, равной 10 мин.

В зависимости от положений командоконтроллера катушка контактора КМ7 получает питание через соответствующие вспомогательные контакты КМЗ, КМ4, КМ5 и КМб. В период переключения происходит первоначально размыкание ранее замкнутых контактов и затем замыкание разомкнутых. Катушка КМ7 оказывается на небольшой промежуток времени обесточенной. Однако перемещения якоря от сердечника в этот период не происходит, так как катушка через контур выпрямителя оказывается замкнутой на себя и спадание магнитного потока при ее отключенном состоянии происходит замедленно: данной выдержки времени достаточно для переключения контактов.

В схеме предусмотрена нулевая защита, выполненная с помощью реле КVI, и защита от перегрузки, осуществляемая тепловыми биметаллическими реле и электромагнитным грузовым реле КА. При срабатывании реле КК1 полностью отключается АД. Реле КК2, включенное в одну из фаз питания полюсопереключаемой обмотки при соединении ее по схеме «треугольник», отключает первую скорость после 5-минутной работы при полной нагрузке. При этом получает питание вспомогательное реле KV2 и размыкается цепь контактора КМЗ. Срабатывание реле КК2 позволяет ЭП работать на второй и третьей скоростях. При работе на третьей скорости 20%-ная перегрузка в течение 2 с вызывает срабатывание грузового реле КА, которое подключает вспомогательное реле КV3, после чего размыкающими контактами KV3 отключается контактор КМ6. В этом случае АД автоматически включается на вторую скорость. Включение вспомогательного реле KV3 происходит через контакты вспомогательного реле времени КТ2, на катушку которого напряжение подается в третьем положении контроллера. Выдержка времени реле К Т2 необходима, так как при быстром переводе рукоятки контроллера из нулевого в третье положение возникают броски тока и может произойти ложное срабатывание реле КА. При быстром переводе рукоятки контроллера из третьего положения «Выбирать» в третье положение «Травить» включение третьей скорости не происходит, хотя тормоз успевает сработать. Это объясняется тем, что реле времени К 72 не успевает разомкнуть свои контакты, а реле КА из-за больших бросков тока срабатывает мгновенно. В этом случае катушка К V3 оказывается подключенной и разомкнувшиеся контакты этого реле держат отключенной цепь питания катушки КМ6.

При эксплуатации ЭП необходимо обращать внимание на соблюдение режима продолжительности включения, ибо нарушение указанного режима при отказе тепловой защиты может привести к выходу АД из строя. Также следует проверять работу релейных устройств по выдержке времени и четкости срабатывания.

Дистанционная отдача якоря. На транспортных судах в ЭП якорных устройств наряду с местным ручным управлением все большее распространение получает дистанционная отдача якоря. Используемые для этих целей брашпили имеют гидравлические устройства дистанционного управления ленточным стопором, что позволяет отдавать якорь непосредственно из рулевой рубки. Якорь в этом случае отдают обычно для постановки судна на якорь или для экстренного торможения судна провисающей якорной цепью в аварийной ситуации. При указанной операции важно сохранять контроль за длиной вытравленной цепи и скоростью, так как эти параметры определяют динамику процесса и нагрузку якорного устройства. Рассмотрим принцип действия устройства дистанционной отдачи якоря (рис. 134).

В качестве тормозного устройства (рис. 134, а) применен ленточный стопор 5, который накладывается на тормозной барабан, имеющий механическую связь с якорной звездочкой. Управление стопором выполняет поворотный рычаг 4, соединенный со штоком силового гидропривода 3. Силовой цилиндр гидропривода связан С пневмогидравлическим бустером 1. который имеет отдельную систему 2, заполняющую его маслом. Верхняя воздушная полость бустера сообщается через электромагнитный золотник YA с судовой воздушной магистралью постоянного рабочего давления. При подаче питания на электромагнит воздух поступает в верхнюю полость бустера, и при движении штока масло из его нижней части перегоняется в рабочий цилиндр гидропривода. Перемещающийся при этом шток рабочего цилиндра освобождает ленточный стопор, и происходит отдача якоря.

При вращении якорной звездочки (на рис. 134, а не показана) получает вращение шестеренный насос 7, связанный с пей через роликовую муфту б, которая обеспечивает вращения насоса только в сторону спуска якоря. Шестеренный насос нагнетает масло в противоположную полость рабочего цилиндра и выполняет функции отрицательной обратной связи. Если скорость отдачи якоря возрастает, то давление масла в противоположной полости рабочего цилиндра увеличивается, что способствует притормаживанию привода и сохранению постоянства скорости. С якорной звездочкой через механическую передачу также связан сельсин-датчик ВС, посредством которого ведется контроль за длиной вытравленной цепи (поворот сельсина на 1° соответствует изменению длины якорной цени на 1 м). На оси сельсина ВС имеются 2 профильных кулачка, каждый из которых воздействует на свой микровыключатель SQ2 и SQ3 (рис. 134. о): SQ2 переключается, когда якорь приспущен на 2 м и готов к отдаче, a SQ3 разрывает свой контакт, когда вытравлена вся якорная цепь.

Рассмотрим работу схемы управления (см. рис. 134, б) при отдаче якоря с пульта управления рулевой рубки, где располагаются все основные управляющие аппараты автоматики. Схема управления подключается выключателем SA. При этом подключается реле К VI, которое при замыкании контактов подключает сигнальную лампу HL1 и подготавливает электрическую цепь управляющего электромагнита YA золотника. Лампа HLI обеспечивает контроль наличия напряжения и одновременно освещает шкалы заданной и действительной длины вытравленной цепи. При готовности якоря к отдаче на местном пульте управления необходимо нажать кнопку SB1 и подключить реле KV2. При срабатывании этого реле оно самоблокируется и включает сигнальную лампу HL 2. Заданная длина якорной цепи контролируется контактом микровыключателя SQL который управляется кулачковой шайбой, находящейся на валу сельсина BE- указателя длины. Необходимую длину травления устанавливают поворотом кулачка с помощью рукоятки. Затем нажимают кнопку SB2 предварительного спуска, и в результате срабатывают реле KV3 и KV4. которые вводят в действие электромагнит пневматического золотника и подключают с помощью промежуточного реле К V5 лампу HL 4, сигнализирующую о начале отдачи якоря. Как только вытравится более 2 м якорной цепи, путевой выключатель SQ2 переключается, вследствие чего отключится реле KV2 и подключится KV6. Сигнальная лампа готовности HL2 погаснет, но включится лампа HL3 -«Якорь приспущен». После предварительной операции кнопку SB2 можно отпустить и якорь из-за обесточенного электромагнита YA застопорился.

В последующем для автоматической контролируемой отдачи якоря необходимо нажать кнопку SB3 (SB4- дублирующая кнопка на баке). При этом включится промежуточное реле KV7, которое включит управляющее реле KV8. В результате подключаются реле KV3, электромагнит YA, а реле KV8 самоблокируется. Ленточный стопор освобождается и происходит свободная отдача якоря с регулируемой скоростью. При достижении установленной длины якорной цепи кулачковый микровыключатель SQ1 размыкается и отключает реле KV8, благодаря чему звездочка застопоривается. Другой кулачковый микровыключатель SQ3 отключает схему управления тогда, когда якорная цепь будет полностью на клюзе. Процесс отдачи может быть в любое время прерван нажатием на кнопку SB5 «Стоп» (аналогичная кнопка SB6 на баке)

Вопрос