Энергоустановка траулера с валогенераторами.

Характеристика ваерной лебедки:

Тяговое усилие на ваере, кН	1´63
Скорость, м/с
– выборки ваера	1.67
– травления ваера	3. 34
Передаточное отношение редуктора между электродвигателем и барабаном
К. П. Д. передачи	0,825
Длина ваера, м
Диаметр, мм
– ваера
– барабана лебедки
– реборд барабана
Длина барабана между ребордами, мм
Емкость барабана, м
Число слоев ваера на барабане
Максимальное удерживаемое усилие при травлении, кН
Разрывное усилие, кН

Лебедка оборудована автоматическим ваероукладчиком и механическим устройством измерения тягового усилия. Устройство имеет коррекцию по изменению диаметра барабана и через сельсинную связь выдает показания на прибор, а также воздействует на четыре блокировочных выключателя, включенных в схему управления электроприводом лебедки. Лебедка оборудована также механическим устройством, воздействующим на выключатели электросхемы в случае стравления ваеров барабанов до 200, а затем до 100 м.

Барабан лебедки приводится во вращение электродвигателем типа GMO 414-76 Р=130 кВт (30-минутный режим), U_н=220 В, I=650 A, n_н=950 об/мин, n_max=2000 об/мин. Исполнение двигателей водозащитное, вентиляция принудительная. Возбуждение независимое, от специальных индивидуальных возбудителей. На валу каждого двигателя смонтирован тормоз типа МВЗ-250. Сдвоенный пост управления лебедками установлен в промысловой рубке. На посту управления смонтированы две рукоятки, позволяющие при необходимости осуществлять раздельную работу и регулировать частоты вращения барабанов.

Каждый из барабанов траловой лебедки приводится во вращение отдельным электродвигателем М1 и М2. Якоря обоих электродвигателей включены последовательно и питаются от общего генератора G1. При всех режимах работы лебедки величина и направление тока главной цепи (тока якоря) остается неизменным. Управление электродвигателями осуществляется путем воздействия на их магнитные потоки, причем можно управлять магнитным потоком каждого из электродвигателей по отдельности и одновременно обоими . Обмотка возбуждения каждого двигателя питается от отдельного возбудителя G2 и G3. Регулирование магнитных потоков двигателей производится путем изменения токов возбуждения возбудителей. Для управления токами возбуждения возбудителей имеются два командоконтролера. На схеме (рис. 3.1) показано управление током возбуждения одного электродвигателя М1.Система управления возбуждением электродвигателя М2 аналогична и на схеме не показана. Обмотка возбуждения генератора питается также от собственного возбудителя G4. Поддержание неизменного тока главного контура происходит автоматически, путем управления током возбуждения в обмотке возбуждения возбудителя G4 генератора G1.

Как видно из схем, изображенных на рис. 3.1 и рис. 3.2 система автоматического регулирования электроприводов лебедок включает три отдельных контура: регулирование возбуждения генератора, регулирование возбуждения двигателя правого борта, регулирование возбуждения двигателя левого борта. Система автоматического регулирования генератора G1 предназначена для поддержания неизменного (около 600 А) тока в главном контуре, в состав схемы входят: узел выработки сигнала отклонения тока от заданной величины 1, усилитель сигнала отклонения 2, широтно-импульсный модулятор 3, каскад мощных магнитных усилителей 4, питающих обмотку возбудителя генератора и тем самым определяющих ЭДС, развиваемую генератором G1. В качестве входного сигнала системы регулирования используется падение напряжения U_ф, создаваемое током главного контура на резисторе R3. Это падение напряжения (величиной около 3-4 В) подается через резистор R5 на вход усилителя 2.В рабочих положениях командоконтролера (контакты реле d2 и d5 замкнуты) от отдельного источника стабилизированного напряжения (около 90 В) на резистор R5 вводится разность потенциалов U₃, встречная напряжению U_ф. Резистором R4 устанавливается такая величина напряжения U₃ (порядка 3-4В), чтобы при номинальном токе в главном контуре разность DU=U₃-U_ф на входе усилителя 2 была равна нулю, при отклонении тока главного контура от номинального значения на входе усилителя появляется напряжение DU_г, величина и полярность которого зависят от величины и знака отклонения тока главного контура от заданного значения.

Сигнал DU_г усиливается транзисторным усилителем 2, причем на входе этого усилителя появляется напряжение U1 из трех составляющих: первая пропорциональна напряжению на входе усилителя, вторая пропорциональна времени существования этого напряжения, третья пропорциональна скорости его изменения,

(3.1)

где U₁ – напряжение на выходе усилителя 2; k₂ – коэффициент усиления усилителя 2; DU_г – разность заданного напряжения и напряжения отрицательной обратной связи по току главного контура; k, k₁ – коэффициенты при составляющих выходного напряжения, определяемые параметрами активно-емкостных ОС, которыми охвачен усилитель 2.

Такая сложная зависимость выходного сигнала усилителя 2 от входного сигнала DU_г повышает точность и быстродействие системы авторегулирования. Регулятор с таким законом регулирования носит название ПИД-регулятор. Чтобы система не была перегружена чрезмерно большим входным сигналом DU_г при значительных отклонениях тока главного контура, на входе усилителя 2 имеются стабилитроны-ограничители, при пробое ограничивающие напряжение на выходе усилителя величиной 12 В.

Сигнал на выходе усилителя 2 даже при наличии входного сигнала DU_г будет только в случае замыкания цепи смещения контактами реле d1.

После усилителя 2 управляющий сигнал подается на вход транзисторного широтно-импульсного модулятора 3, вырабатывающего периодически повторяемые импульсы. Широтно-импульсный модулятор формирует прямоугольные импульсы, амплитуда и частота которых всегда одинакова (устанавливается настройкой при наладке), а продолжительность зависит от величины напряжения U₁, поданного на вход модулятора. В одном блоке с модулятором помещен транзисторный усилитель мощности, который работает в ключевом режиме и усиливает управляющие сигналы до величины, достаточной для питания обмоток управления АВ и СД магнитных усилителей 4.

Среднее значение выходного напряжения U_ср блока 3 практически линейно зависит от напряжения, подаваемого на вход модулятора. При отсутствии управляющего сигнала на входе модулятора напряжение на его выходе равно 19 В. Отрицательное напряжение -10 В на входе модулятора понижает выходное напряжение до 2В, а напряжение +10 В повышает выходной сигнал до 38 В. Резистор R16, включенный на выходе блока 3, ограничивает выходной ток, который во избежании повреждения транзисторов не должен превышать 1 А. Характеристики магнитных усилителей К11 и К12 таковы, что при напряжении 19В на обмотках управления АВ и СД, включенных последовательно, напряжение на выходе каждого из магнитных усилителей должно быть около 140В. Этого значения следует добиваться при настройке системы. При изменении напряжения от 2 до 38 В выходное напряжение меняется от 20 до 300 В. Обмотка управления и обмотка постоянного смещения 11-12 включены так, что увеличение тока в обмотках управления АВ и СД вызывает возрастание напряжения на выходе магнитного усилителя К12 и понижение на выходе К11.Оба магнитных усилителя подключены через вентили n11 и n12 к обмотке возбуждения возбудителя так, что посылаемое ими токи направлены встречно. Результирующий ток в обмотке возбуждения достигает наибольшего значения, когда напряжение магнитного усилителя К12 максимально, а К11 минимально. При правильно отрегулированной системе амперметр РА показывает значение тока 1,5 А. Регулировка значения тока осуществляется резисторами R11 и R12.

Управление системы регулирования генератора имеет вид:

I_вг = W_г(р)´(U_з-U_ф) (3.2)

где I_вг – ток возбуждения генератора; W_г(р) – передаточная функция системы регулирования генератора; U_{3 =} I₃´R₅ – напряжение, пропорциональное заданному току I₃, снимаемое с резистора R5; U_{ф =} I_ф´R3 = фактическому току контура, снимаемому с резистора R3.

Таким образом, при отклонении тока главного контура от заданного значения система автоматического регулирования генератора соответственно изменяет ток возбуждения возбудителя генератора и возвращает ток главного контура к номинальному значению.

Каждый из двигателей имеет собственную систему ручного и автоматического управления. Системы управления двигателей совершенно одинаковы Схема управления двигателем позволяет осуществлять ручное регулирование его частоты вращения с помощью командоконтролера поста управления, автоматически стабилизирует скорость лебедки независимо от изменений нагрузки в установленных пределах, а также защищает двигатель от перегрузки при превышении уровня мощности, заданного постом управления.

Из рис. 3.2 видно, что система управления двигателя состоит из тех же основных элементов, что и схема управления генератором.

Входной сигнал U₃ системы управления двигателем вырабатывается постом управления В1. На сигнал поста управления накладываются сигналы отрицательных ОС по частоте вращения электродвигателя DU_тг (сигнал от тахогенератора G) и по мощности электродвигателя DU_N (только в сторону “выбирать”). Пост управления представляет собой мостовую схему, образованную резисторами R19, R20, R21 и двумя секционированными резисторами “выбирать” и “травить”. От трехфазного выпрямителя n13 на одну диагональ моста подано напряжение. Сигнал управления снимается с другой диагонали моста. При настройке системы мост уравновешивается при нулевом положении поста В1 движком резистора R20. В дальнейшем положении движка R20 остается неизменным. При смешении рукоятки поста управления в любую сторону от нулевого положения баланс моста нарушается и на диагонали появляется напряжение, величина и полярность которого определяется углом и направлением перекладки рукоятки поста управления. В каждую сторону этот пост имеет 26 ступеней сопротивления и соответственно по 26 ступеней скорости. При наибольшем повороте рукоятки поста управления возникает напряжение разбаланса моста порядка 12.5 В. Работа системы регулирования в режимах «выбирать» и «травить» не одинакова.

Рассмотрим режим «выбирать». Пусть движок поста управления В1 смещен вправо. Появившееся напряжение приложено к входу транзисторного усилителя 2¢ и последний через широтно-импульсный модулятор 3¢ и магнитный усилитель 4¢ задает обмотке возбуждения возбудителя, а через него исполнительному электродвигателю М1 желаемую величину магнитного потока полюсов. Двигатель М1 работает с тем большей частотой вращения, чем больше напряжение подано на вход управляющего усилителя 2¢, т. е. чем больше повернута рукоятка поста управления.

Кроме ручного осуществляется автоматическое регулирование частоты вращения двигателя и автоматическое ограничение его мощности. Оба напряжения автоматического регулирования также вводятся на вход усилителя 2¢. Для этого входная цепь 2¢ замыкается через пост управления В1 и резисторы R1 и R2.Тахогенератор G, жестко связанный с регулируемым двигателем М1, создает на резисторе R1 напряжение, встречное напряжение поста управления. Этим создается стабилизирующая ООС по частоте вращения управляемого двигателя. Эта связь не допускает разноса двигателя при малых нагрузках. При наладке движок R1 должен быть установлен в такое положение, чтобы при холостом ходе частота вращения двигателя не превышала 2100 об/мин. Исправный тахогенератор вырабатывает напряжение 500 В при частоте вращения 1500 об/мин.

Защита двигателя М1 от перегрузок по мощности осуществляется напряжением, выделяемом на резисторе R2, которое направлено также встречно напряжению поста управления. Поскольку ток главного контура при всех режимах работы лебедок остается неизменным, мощность двигателя однозначно определяется напряжением на якоре. Следовательно, контроль мощности сводится к контролю напряжения. С этой целью часть напряжения снимается с делителя R43 и подается на второй делитель напряжения, состоящий из резистора R6=680 Ом и резистора R2=5 кОм . Падение напряжения на резисторе R2 включено на вход управляющего усилителя так, что оно уменьшает сигнал поста управления. Особенность второго делителя в том, что резистор R6 зашунтирован стабилитронами. Число стабилитронов определяется положением рукоятки поста управления В1.Рукоятка имеет 8 фиксированных положений, причем для плавности регулирования число контактных отпаек резисторов «травить» и «выбирать» значительно больше. По мере перемещения рукоятки поста управления(ПУ) от нулевого положения в сторону восьмого положения «выбирать» число включенных последовательно стабилитронов растет на последнем положении ПУ напряжение пробоя стабилитронов составляет около 180В.

Рассмотрим работу системы автоматического ограничения мощности на первых положениях ПУ, когда резистор R6 зашунтирован одним стабилитроном. Перемещая рукоятку ПУ в направлении увеличения скорости лебедки, повышаем магнитный поток двигателя М1 и напряжение на якоре. Одновременно растет напряжение и на резисторах R6 и R2.Так как сопротивление резистора R6 больше, чем в 100 раз превышает сопротивление резистора R2, на долю последнего приходится менее 1% напряжения, приложенному по второму делителю R6-R2.Поэтому, хотя перемещение рукоятки ПУ вызывает прямо пропорциональное увеличение напряжения на резисторе R2, абсолютная величина этого напряжения мала, и оно слабо влияет на выходной сигнал управляющего усилителя 2¢. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на резисторе R6 не достигнет значения, достаточного для пробоя стабилитрона (36 В). После этого дальнейшее увеличение разности потенциалов на втором делителе R6-R2 не будет вызывать увеличение напряжения на резисторе R6.

Оно будет оставаться постоянным, равным напряжению стабилизации (36 В). С этого момента начинается резкое возрастание напряжения на резисторе R2, т. к. на нем будет теперь падать все напряжения. На рис. 3. 3 показано как изменяется напряжение на резисторах делителя R6-R2 при увеличении напряжения на якоре двигателя М1.Возрастание напряжения на резисторе R2 определяет вступление в действие ОС по мощности . Увеличение напряжения, подаваемого на вход управляющего усилителя 2¢ с ПУ, будет компенсироваться встречным напряжением на резисторе R2.При этом магнитный поток двигателя не будет увеличиваться, вращающий момент останется неизменным, поэтому частота вращения барабана при возрастании нагрузки снизится(рис. 3.4). На последних положениях ПУ параллельно резистору R6 включается цепочка, содержащая несколько стабилитронов. Соответственно их числу, повышается напряжение стабилизации и разрешенный уровень стабилизированной мощности, регулируемого ЭД. В остальном работа такая же.

Суммарный сигнал ПУ, ОС по частоте вращения и системы стабилизации мощности попадает на вход управляющего транзисторного усилителя 2¢. При нормальной работе выход усилителя 2¢ должен быть разблокирован контактами d1.Иначе говоря, на катушку реле d1 должно быть подано напряжение.

Усиленный и дополнительный сигнал поступает на широтно-импульсный модулятор 3¢. Этот модулятор преобразует напряжение управления в периодически повторяющиеся импульсы одинаковой полярности, скважность которых зависит от величины и знака управляющего сигнала на выходе усилителя 2¢. От модулятора питаются обмотки управления двух магнитных усилителей 4¢. Магнитные усилители К3 и К4 настроены так, что имеют симметричные характеристики и при изменении напряжения на выходе ШИМ 3¢ от +2 до +38 В обеспечивают изменение напряжения на обмотке возбуждения возбудителя

G2 от -110 до+110 В. Благодаря этому ток в обмотке возбуждения LG2 возбудителя меняется в пределах -1,3¸1,3 А, чем и определяются направление и величина вращающего момента двигателя М1.

Уравнение системы регулирования двигателя лебедки имеет вид:

I_вд = W_д(р)´[U₃-(DU_тг+DU_N)] (3.3)

где I_вд – ток возбуждения двигателя, W_д(р) – передаточная функция системы регулирования двигателя, DU_тг=k₁´n₁ – напряжение, снимаемое с резистора R1,n₁ – частота вращения тахогенератора, DU_N=k₂´n₂´Ф_д – напряжение, снимаемое с резистора Р_2, n₂ – частота вращения двигателя, Ф_д – магнитный поток, k₁, k₂ – масштабные коэффициенты.

В режиме “травить” система управления работает аналогично. Отличие лишь в том, что контактами реле d3 отключается система стабилизации мощности двигателя, а максимальная частота вращения двигателя М1 понижается по сравнению с частотой вращения в режиме “выбирать” до 1900 об. в минуту . Это понижение обеспечивается введением в схему ПУ добавочного резистора R18.

В схему ПУ установлены d4 и d6. Назначение этих реле состоит в том, чтобы автоматически замыкать цепь управления электроприводом и осуществлять работу в режиме ”травить”. Необходимость автоматического включения двигателя для травления ваеров возникает при ходе судна с тралом, когда командоконтролеры находятся в нулевом положении, а усилие на ваерах превышает установленное. Замыкание контактов реле d6 определит появление задающего сигнала в системе управления двигателем, аналогично сигналу при установке командоконтролеров в положение максимальной скорости травления ваеров. Замыкание контактов d4 будет соответствовать низкой скорости.

Схема автоматического регулирования допускает переход двигателей на генераторный режим работы при травлении ваеров на повышенной скорости судна. При высокой скорости травления ваеров ООС по частоте вращения меняет направление магнитного потока возбуждения возбудителя G2 и двигателя М1.Электромагнитный момент М1 изменят знак и становится тормозным. Система регулирования генератора, поддерживая неизменный по величине и направлению ток, в главном контуре, сигналом ООС по току меняет направление МДС возбуждения генератора. Следовательно, электромагнитный момент генератора становится двигательным. С1 и С2 предназначены для защиты якоря двигателя от нагрева током главного контура(шунтируют якорь).

Траловая лебедка типа 3КLW-6,3 обладает рядом преимуществ по сравнению с лебедками других типов. Основные из этих преимуществ следующие: увеличение скорости выборки ваеров и производительность лебедки; измерение натяжения ваеров и автоматическое травление их при увеличении натяжения сверх установленной величины; наличие автоматической блокировки, предотвращающей полное стравливание ваеров с барабанов; резервирование половинной мощности лебедки путем использования одного приводного двигателя на оба барабана при установке съемного промежуточного вала.

Недостатки: большое число электродвигателей, обслуживающих лебедку, сложность системы регулирования и управления и следовательно необходимость квалифицированного обслуживания.

На рис. 3,5 приведена структурная схема системы автоматического регулирования траловой лебедки, составленная на основании функциональных схем и является базовой схемой при исследовании на ЭВМ элементов, контуров регулирования САУ траловой лебедки.

Характеристики двигателя GMS-0414-76:

Номинальное напряжение Uн, В
Номинальный ток Iн, А
Номинальная мощность Рн, кВт
Номинальная частота вращения nн, об/мин
Максимальная частота вращения nmax, об/мин
Номинальная ЭДС Ен, В
КПД, %	90,6
Номинальный поток Фн, Тл	0,0413
Сопротивление якоря Rя, Ом	7,22´10-3
Сопротивление компенсационной обмотки Rко, Ом	3. 7´10-3
Сопротивление добавочных полюсов Rдп, Ом	2.01´10-3
Число пар полюсов, 2р
Число проводников, N
Число параллельных ветвей, а
Напряжение возбуждения Uв, В
Число витков обмотки возбуждения, Wов
Индуктивность обмотки возбуждения, Гн	4,34
Маховый момент GD2,кг/м2

Для упрощения расчетов принять данные генератора QQ0809-100 в эквиваленте двух двигателей и с учетом, что его U_н=450 В, I_н=650 А, U_в=110 В, Р=300 кВт, n=1000 об/мин. Параметрами коэффициентами усиления и постоянными времени возбудителей, усилителей, датчиков тока и скорости задаться из описания и данных работы системы.

Задание на исследование

1. Изучить работу ваерной лебедки 3KLW-6,3 и объяснить причины следующих неисправностей:

-отсутствие тока в главной цепи;
-двигатель лебедки не идет в ход;
-электродвигатель внезапно остановился;
-ток в цепи главного контура снизился;
-ток в цепи главного контура увеличился;
-при номинальном токе один двигатель не вращается;
-электродвигатель не развивает заданную частоту вращения при номинальном токе;
-двигатель вращается в направлении, обратном заданному.

2. Записать на основании уравнений, описывающих систему автоматического управления траловой лебедки передаточные функции ее элементов.

3. Рассчитать параметры передаточных функций элементов системы автоматического управления.

4. Промоделировать на ЭВМ с помощью пакета прикладных программ элементы САУ, контуры регулирования тока, скорости, САУ в основных режимах (пуск, выборка, травление ваеров).

4. Лабораторная работа № 4.
Моделирование тиристорного электропривода ваерной лебедки
БАТ СП ПР В-400

Цель работы: Овладение методами имитационного математического моделирования на ЭВМ режимов работы тиристорного электропривода ваерной лебедки БАТ СП пр. В-400.

Общие сведения: Электрической ваерной лебедкой типа AN 59-1z1a (производства фирмы “СИМЕHС”(ФРГ)) оснащены промысловые суда пр. В-400 типа “Спрут”. Эти суда предназначены для лова рыбы методом кормового траления, а также для ее разделки и заморозки, переработки отходов в рыбную муку. В качестве источника электрической энергии используется валогенератор переменного тока мощностью 2000 кВт.