Элементная основа систем управления
В зависимости от элементной основы систем автоматики различают электроприво-ды с релейно-контактным, электромашинным и бесконтактным управлением.
В соответствии с этим можно назвать следующие применяющиеся в настоящее время системы управления электроприводами.
Системы релейно-контакторного управления состоят из двигателя постоянного
или переменного тока, магнитного пускателя или контроллера, командоконтроллера и ящиков сопротивлений ( в схемах на постоянном токе ).
Систему генератор—двигатель ( Г—Д ) применяют в электродвигателях большой
и средней мощности с плавным регулированием скорости в широких пределах.
Систему Г—Д с питанием цепей возбуждения от ЭМУ, которые используют в
качестве возбудителей и подвозбудителей — это так называемая каскадная система воз-
буждения ( рис. 9.64 ) крупных генераторов и двигателей. Каскадная система возбуждения позволяет уменьшить габаритные размеры аппаратов и облегчить процесс управле-
ния.
Рис. 9.64. Система Г- Д с каскадным возбуждением ( а ), система Д – Г – АД
( б ), асинхронно-вентильный каскад ( в ) и система МУ – Д ( г )
Систему ЭМУ—Д применяют в установках небольшой мощности (до 10 кВт),рабо-
тающих с частым реверсированием.
Систему частотного регулирования асинхронного двигателя с использованием
машинного преобразователя частоты (система Д—СГ—АД) применяют в многодвига-
тельных приводах с одинаковым режимом работы двигателей ( рис. 9.64, б ).
Систему тиристорный преобразователь — двигатель (ТП—Д) в настоящее время
во многих случаях используют вместо системы Г-Д.
Асинхронно-вентильный каскад служит для регулирования скорости асинхронно
го двигателя с фазным ротором на основании опорной ЭДС ротора ( рис.9.64, в). Этот и большое число других каскадов применяют в установках большой мощности, где необходима реализация мощности скольжения асинхронного двигателя.
Система магнитный усилитель – двигатель ( МУ – Д ) позволяет с помощью ма-
лой мощности управления контролировать скорость, ток и напряжение двигателей по-
стоянного тока ( рис.9.64, г ). На судах применяется ограниченно, в системах автомати-
ки.
Система источник тока — двигатель ( ИТ—Д ) с применением преобразователя источника ЭДС в источник тока позволяет регулировать электромагнитный момент двигателя изменением потока полюсов и обеспечивает его работу на абсолютно мягкой механической характеристике.
Микропроцессорные системы управления активно внедряются на современных су
дах.
К ним относятся микропроцессоры и построенные на их основе микроЭВМ, а также программируемые контроллеры. Если в релейно-контактор-ных системах управ
ления ЭП используют аналоговые регуляторы с фиксированными уставками срабатыва
ния, то в микропроцессорных системах применяется цифровая информация в двоичном коде.
Источником информации о состоянии ЭП являются датчики тока, напряжения, температуры, скорости и др. Для обработки информации в МП сигналы с этих датчи
ков преобразуются в цифровой двоичный код. Процесс преобразования обычно осуще
ствляется в 3 этапа.
1.3. Системы релейно-контакторного управления и системы генератор – двигатель (Г-Д)
Для управления ЭП 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 КВ, 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 осуществляется на некоторых судах.
При всех системах управления ЭД якорно-швартовных механизмов по требованию Регистра 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.
На судах применяют типовую контакторную схему ЭП, служащую для управления 3-скоростными 3-обмоточными АД мощностью до 75 кВт. Управление ЭП осуществляется посредством комакдоконтроллера с тремя рабочими положениями в двух направлениях вращения. Переключение контактов при различных положениях приводит к подключению обмотки статора с определенным числом полюсов, и этим достигается регулирование скорости.