§ 63. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ УСТРОЙСТВ
Практика отечественного и зарубежного судостроения показывает, что из всех требований, предъявляемых к электроприводам грузоподъемных устройств (см. § 62), труднее всего обеспечить широкий диапазон регулирования скорости при высокой плавности регулирования. Если говорить о диапазоне регулирования высокопроизводительного грузоподъемного устройства, то оно, кроме скоростей vmin и vн, должно обеспечивать скорость подъема и спуска холостого гака не менее 2,5 vн. Таким образом, диапазон регулирования должен быть около 25:1. Минимальное удовлетворение плавности регулирования при таком диапазоне требует пяти ступеней скорости, так как между скоростями vmin и vн а также между vн и vmax должно быть хотя бы по одной промежуточной скорости.
Прежде чем рассматривать конкретные схемы управления электроприводами, следует привести основные требования к ним в соответствии с ГОСТ 12617—78*.
В посту управления усилие на рукоятке командоконтроллера не должно превышать 40 Н, а на рукоятке кулачкового контроллера — 100 Н. Рукоятки должны фиксироваться в каждом положении и стопориться — в нулевом положении; поворот рукоятки на себя — подъем груза, от себя — спуск. В пост управления грузовой лебедкой встраивается пост управления топенантной лебедкой.
Торможение груза должно происходить в течение не более 2 с с момента установки поста управления в положение «стоп». Обычно перед наложением механического тормоза двигатель переводится в режим электромеханического торможения для обеспечения сохранности тормозных дисков и мягкости торможения (без динамического удара).
При разгоне и торможении электропривода система управления должна обеспечивать автоматическую задержку в промежуточных положениях независимо от положения поста управления. Электропривод должен иметь защиту от перегрузок и коротких замыканий.
Развитие электропривода судовых грузоподъемных устройств в историческом плане идет следующим образом: электропривод с двигателем постоянного тока с реостатным управлением при помощи контроллера; то же, при помощи контакторов и реле; электропривод системы Г—Д; электропривод с многоскоростными асинхронными двигателями; электропривод системы УВ—Д; электропривод системы ПЧ—АД.
Первые четыре электропривода можно отнести к существующим (хотя первые два встречаются уже редко), а последние два — к числу перспективных. Такое разделение, естественно, является временным.
Рис. 153. Схема электропривода грузовой лебедки
Из существующих судовых электроприводов больше всего удовлетворяет перечисленным требованиям электропривод системы Г—Д. Однако он имеет серьезные недостатки. Так, на судне с пятью трюмами и грузовыми лебедками, электропривод которых выполнен по системе Г—Д, должна быть установлено минимум 25 относительно мощных электрических машин (20 из них — машины постоянного тока). Для пяти трехмашинных агрегатов должны быть выделены соответствующие помещения. Нельзя не считаться с большими строительными и эксплуатационными затратами на обслуживание этих электроприводов.
На большинстве судов морского флота СССР применяют грузоподъемные устройства с трехскоростными асинхронными короткозамкнутыми двигателями. На рис. 153 приведена схема электропривода грузовой лебедки с трехскоростным двигателем водозащищенного исполнения, у которого на статоре расположены три отдельные трехфазные обмотки на различное число пар полюсов.
Корпус снаружи имеет ребра, закрытые кожухом. При работе двигателя между кожухом и корпусом специальным вентилятором непрерывно прогоняется воздух. С открытием воздушной заслонки под корпусом двигателя, где установлен вентилятор, замыкается выключатель ВЗ, через который получает питание катушка контактора ЛВ. Этот контактор срабатывает и подключает к сети двигатель вентилятора.
В нулевом положении командоконтроллера контакт К1 замыкает цепь реле напряжения PH, которое срабатывает и одним контактом подает питание на остальную часть схемы управления, а другим — шунтирует контакт К1.
Как и в схеме на рис. 149, реле PH выполняет роль нулевой защиты. Получает питание и катушка С1 контактора первой скорости. Контактор С1 срабатывает и замыкает свои главные контакты в цепи обмотки первой скорости двигателя М, а вспомогательный контакт — в цепи катушки контактора КТ. Однако цепь этой катушки пока разомкнута. Срабатывает контактор ВКТ и своим главным контактом шунтирует резистор Rд в цепи обмотки тормозного электромагнита ТЭМ. Кроме того, срабатывает реле защиты РЗ, которое своим контактом готовит цепь катушек С2 и РВ2.
В первом положении командоконтроллера, например на «подъем», замыкается контакт К2 и через него срабатывает реле В, которое, в свою очередь, замыкает цепь контактора КВ. Последний, сработав, подключает к сети двигатель на первую скорость, а через контакты С1 и В и выпрямитель НВ2 получает питание катушка контактора КТ. Контактор КТ срабатывает и подключает на выпрямитель ПВ1 обмотку ТЭМ. Двигатель растормаживается и приходит во вращение. При этом механически размыкается контакт ТЭМ, включенный в цепь катушки контактора ВКТ. Этот контактор отключается, и последовательно с обмоткой ТЭМ вводится резистор Rд, ограничивающий ток, а следовательно, и нагрев тормозного электромагнита. Размыкающий контакт ВКТ готовит цепь катушек С2 и РВ2 для того, чтобы нерасторможенный двигатель не мог включиться на вторую и третью скорости.
Во втором положении через контакт К4 срабатывает контактор С2, подключая к сети обмотку второй скорости двигателя, а своим вспомогательным контактом размыкает цепь контактора С1, который отключается.
Одновременно с катушкой С2 получает питание катушка электромагнитного реле времени РВ2, которое с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи катушки С3, предотвращая включение двигателя сразу на третью скорость при быстром переводе командоконтроллера из нулевого положения в третье.
В третьем положении через контакт К5 срабатывает контактор С3 и переключает двигатель на обмотку третьей скорости, одновременно размыкая цепь контактора С2, т. е. отключая обмотку второй скорости.
Работа схемы во всех положениях «спуск» происходит аналогично, но вместо контакта К2 замкнут контакт К3. При этом срабатывают реле Н и контактор КН, который своими главными контактами меняет порядок чередования фаз в главной цепи двигателя.
В процессе работы лебедок нередко командоконтроллер быстро переводится, например, из третьего положения «подъем» в какое-либо положение «спуск». В этом случае двигатель может оказаться в режиме торможения противовключением. Такой режим крайне нежелателен, так как связан с большими динамическими усилиями, возникающими в приводе при слишком резком торможении. В рассматриваемой схеме такой режим исключается.
Как только командоконтроллер выведен из положения 2, контакторы С2 и тем более С3 отключаются. Через контакты этих контакторов получают питание катушки С1 и РВ1. Двигатель включается на обмотку первой скорости и попадает в режим рекуперативного торможения, поскольку ротор по инерции продолжает вращаться с большей частотой, чем частота поля. Цепь реле В размыкается, а замыкается контакт К3 в цепи реле Н. Реле В отключается, но контактор КВ остается включенным через контакт реле РВ1 и собственный контакт. Только после размыкания контакта РВ1 отключается контактор КВ, а включаются реле Н и контактор КН, т. е. происходит реверсирование двигателя. Для того чтобы двигатель успел затормозиться, реле РВ1 должно иметь выдержку времени около 0,3—0,5 с.
Для защиты двигателя от перегрева в обмотках статора заложены температурные реле, контакты которых включены в цепь реле защиты РЗ. При перегреве двигателя выше допустимой температуры контакт КТР размыкается, отключая реле РЗ. Работа двигателя на второй и третьей скоростях становится невозможной до тех пор, пока двигатель не остынет. При срабатывании теплового реле РТ1 размыкается цепь реле PH и двигатель отключается.
Основные принципы электроприводов систем УВ—Д и ПЧ—АД рассмотрены в § 51.
