Под управлением электроприводом понимаются его пуск, регулирование частоты вращения, реверсирование, торможение и остановка в зависимости от требований рабочего механизма и его технологического процесса. Управление может быть ручным, автоматизированным и автоматическим. Все вопросы теории автоматизированного и автоматического управления и регулирования изучаются в отдельном специальном курсе. Здесь отметим, что автоматическое управление значительно расширяет возможности и функции электропривода. Так, в автоматизированном электроприводе могут поддерживаться постоянными или изменяться по определенному закону частота вращения, мощность или вращающий момент электродвигателя. Понятно, что автоматические регулирование и управление не являются самоцелью. Они позволяют повысить производительность механизма, улучшить технологический процесс, уменьшить расход электроэнергии, повысить качество вырабатываемой продукции и т.д. Конкретные судовые электроприводы, в том числе автоматизированные, рассматриваются в гл. VIII и XI.
Здесь стоит задача показать на отдельных примерах, как практически осуществляются основные операции по управлению электроприводом, составляющие основу управления и автоматизированным электроприводом.
На рис. 135 приведена схема управления электроприводом системы Г—Д. Работа электропривода начинается с пуска приводного двигателя ПД при помощи магнитного пускателя (см. рис. 134). Схема управления получает питание от сети через трансформатор Тр и выпрямитель ПВ.
Рис. 135. Схема управления электроприводом системы Г—Д
При нажатии кнопки Вкл. срабатывает реле напряжения PH и своим контактом подает питание на другие элементы схемы управления. Сразу же ток пройдет по цепи обмотки возбуждения исполнительного двигателя ОВИД, что вызовет срабатывание реле обрыва РО цепи возбуждения, которое своим контактом совместно с контактом реле PH зашунтирует кнопку Вкл. Реле обрыва не допускает включения электропривода при отсутствии возбуждения исполнительного двигателя ИД. Кроме того, ток течет по цепи катушки реле управления РУ, которое, сработав, шунтирует регулировочный резистор Rр2 и дешунтирует добавочный резистор RД1. Однако эти действия реле РУ в данном случае особого значения не имеют, поскольку в дальнейшем в момент пуска двигателя. ИД реле РУ сразу же лишится питания.
При нажатии, например, кнопки Вп (вперед) срабатывает реле В, замыкая своими контактами цепь катушки контактора КВ, шунтирует кнопку Вп и размыкает цепь реле РУ. Срабатывает контактор КВ и главными контактами замыкает цепь обмотки возбуждения генератора ОВГ, а вспомогательным контактом лишает питания катушку реле РУ. Генератор Г возбуждается, и происходит разгон двигателя ИД.
В процессе работы электропривода частота вращения двигателя ИД в сторону уменьшения регулируется резистором Rp1 (уменьшение э.д.с. генератора), а в сторону увеличения — резистором Rр2 (ослабление возбуждения двигателя ИД). Ток главной цепи при этом определяется соотношением
(92)
Ранее было показано, что при повышении частоты вращения двигателя ИД за счет ослабления поля момент сопротивления должен быть снижен. В противном случае ток якоря превысит номинальное значение. Если это произойдет в данном электроприводе, то сработает реле перегрузки РП и своим контактом зашунтирует весь резистор Ер2 независимо от того, в какой степени он был введен в цепь ОВИД (резистор ЕД2 при этом зашунтирован контактом РУ). Увеличится э.д. с. двигателя ИД (Ед) и в соответствии с формулой (92) ток главной цепи уменьшится.
Для реверсирования ИД необходимо нажать кнопку Нз (назад), которая размыкает цепь катушки реле В. Реле В отключается, и срабатывает реле И. Несмотря на то что контакт реле В в цепи катушки КВ разомкнулся, контактор КВ остается включенным, получая питание через контакт РКС центробежного реле контроля скорости, расположенного на валу ИД. Следовательно, пока не может сработать контактор КН, поскольку цепь его катушки разомкнута контактом КВК1 Через контакты реле В и КН получает питание катушка реле РУ, которое срабатывает и своими контактами шунтирует резистор Rр2 и дешунтирует резистор Rд1. Ток возбуждения, а значит, и э.д. с. генератора резко уменьшаются, и э. д. с. Ег становится меньше э. д. с. Ед. Ток главной цепи меняет направление [см. формулу (92)], и ИД переходит в режим рекуперативного торможения, для которого справедливо соотношение
(93)
Заметим, что при этом генератор переходит в режим двигателя, а приводной двигатель — в режим рекуперативного торможения. Если в процессе торможения ток главной цепи превысит допустимое значение, то сработает реле РП, которое своим контактом дешунтирует резистор Rд2: уменьшается ток возбуждения ИД, э. д. с. Ед и ток главной цепи [см. формулу (93)].
Когда частота вращения двигателя ИД снизится до заданной величины, разомкнутся контакты РКС, отключится контактор КВ и сработает контактор КН, что приведет к изменению направления тока в ОВГ и изменению полярности э. д. с. Ет, лишится питания катушка реле РУ. Если к этому моменту времени двигатель ИД полностью не остановился, то ток главной цепи будет определяться уравнением
(94), что соответствует режиму торможения противовключением. Однако здесь этот режим происходит уже при незначительной э.д.с. Ег и еще не успевшей увеличиться э.д.с. Ег. Двигатель останавливается, реверсируется и разгоняется в обратном направлении.
При нажатии кнопки «Стоп» останавливается двигатель ИД, но с предварительным переводом его в режим рекуперативного торможения, как и при реверсировании. Защита электропривода от коротких замыканий в главной цепи (в том числе при заклинивании в механической части привода) осуществляется при помощи реле максимального тока РМ, которое своим контактом отключает реле PH.
На рис. 136 приведена схема управления двухскоростным асинхронным полюсопереключаемым двигателем. В качестве поста управления электроприводом используется командоконтроллер, контакты которого К1—К4 замыкаются и размыкаются в зависимости от положения рукоятки поста.
В нулевом положении командоконтроллера замкнут контакт К1, через который срабатывает реле напряжения PH и своими контактами подает питание на оставшуюся часть схемы управления, шунтируя контакт КБ.
При переводе рукоятки поста управления, например, в первое положение «вперед» замыкается контакт К2. Через него получает питание и срабатывает реле В, замкнув цепь катушки контактора КВ, который, сработав, замыкает свои главные контакты в цепи обмоток статора двигателя, а вспомогательным контактом подает питание на катушки контактора М малой скорости и электромагнитного реле времени РВ. Контактор М подключает к сети обмотку малой скорости.
Одновременно через замкнувшиеся контакты В и КВ и полупроводниковый выпрямитель ПВ2 получает питание контактор КТ, который, в свою очередь срабатывает и подключает к сети обмотку тормозного электромагнита ТЭМ. Электромагнит притягивает диск, сжимает тормозные пружины, тем самым растормаживая двигатель. Реле РВ срабатывает с выдержкой времени и своим замыкающим контактом готовит цепь катушки контактора Б. Двигатель работает на малой скорости.
При переводе поста управления во второе положение замыкается контакт К4 и подключает к сети катушку контактора Б большой скорости. Контактор Б срабатывает и вспомогательным контактом отключает контактор М и реле РВ, а главными контактами подключает к сети обмотку большой скорости — частота вращения двигателя увеличивается.
Работа схемы в положениях «назад» происходит аналогично, с той разницей, что вместо контакта К2 замкнут контакт К3 и срабатывает реле Н и контактор КН, который своими главными контактами меняет порядок чередования фаз в цепи обмоток статора двигателя.
При быстром переводе командоконтроллера из нулевого положения во второе двигатель вначале включается на малую скорость и только после срабатывания реле РВ (0,5—1 с) переключается на большую.
Когда командоконтроллер переводится из второго положения в нулевое, то сразу отключаются контактор Б, реле В или Н и размыкают свои контакты в цепи катушек КВ, КН и КТ. Однако контактор КВ или КН некоторое время продолжает получать питание через размыкающий контакт реле времени РВ, благодаря чему двигатель от сети не отключается, а переключается на обмотку малой скорости. Поскольку ротор первое время продолжает еще вращаться с большой частотой, то двигатель переходит в режим рекуперативного торможения. Реле РВ с выдержкой времени срабатывает, размыкает цепи катушек КВ или КН,
и двигатель отключается от сети. К этому времени и контактор КТ, работающий с небольшой выдержкой времени, отпускает свой якорь и снимает питание с катушки тормозного электромагнита — на двигатель накладывается механический дисковый тормоз.
Защита двигателя от перегрузки осуществляется тепловыми реле РТ1 и РТ2.
Нулевую защиту обеспечивает реле напряжения PH, суть защиты в следующем. Если при работе электропривода напряжение в сети чрезмерно снизится или исчезнет, то все реле и контакторы, в том числе реле PH, отключатся. При появлении напряжения вновь двигатель не получит питания, несмотря на то, что пост управления находится в рабочем положении. Его нужно вернуть в нулевое положение и после срабатывания реле PH запустить двигатель вновь.
Рассмотренные две схемы управления электроприводами постоянного и переменного тока не исчерпывают всего многообразия современных схем управления судовыми электроприводами. На примере приведенных схем показан подход к их изучению и порядок рассмотрения принципа действия.
