Двухфазный асинхронный двигатель и тиристорный усилитель

Двухфазные асинхронные электродвигатели переменного тока получили наибольшее применение в судовых регуляторах с постоянной скоростью пере-мещения ИМ по следующим причинам: - простота конструкции, - надежность работы, - непосредственное использование переменного тока судовой сети.

Схема двухфазного асинхронного двигателя и усилителя регулятора приведена на рис. 11.3.

В регуляторах судового энергетического оборудования применяются двухфазные конденсаторные двигатели [2].

На статоре такого двигателя расположены две обмотки О1 и О2, занимающие одинаковое число пазов. Оси обмоток смещены в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. Питание двигателя производится от однофазной сети. В процессе работы обе обмотки статора включены постоянно, причем конденсатор С включен в цепь одной из обмоток. Включение конденсатора в цепь другой обмотки вызывает реверс двигателя.

Конденсаторные асинхронные двигатели имеют сравнительно высокий КПД и коэффициент мощности cos  = 0.80  0.95. Пусковой момент этих двигателей невелик и составляет 30  50 % номинального момента. Однако, как правило, пусковой момент достаточен для работы электродвигателя в составе электрического ИМ.

Рис. 11.3 Схема двухфазного асинхронного двигателя и усилителя.

Усилитель данного регулятора состоит из двух частей (рис. 11.3): - собственно тиристорного усилителя ТУ, подающего напряжение на электро двигатель, - модуля управления тиристорным усилителем МУТУ.

Управляющим сигналом усилителя Uc для всех рассмотренных выше регуляторов является входной сигнал модуля нечувствительности.

Тиристорный усилитель, применяемый в рассматриваемом случае [2], является реверсивным. Функцию бесконтактных ключей, коммутирующих силовые цепи электродвигателя, выполняют симметричные тиристоры (симисторы) ТСб и ТСм.

Включение симисторов производится путем подачи отрицательного напряжения, вырабатываемого выпрямителями Вб и Вм. Напряжение на выпрямители поступает соответственно с разделительных трансформаторов Трб и Трм при наличии командного сигнала поступающего при замыкании ключа Кб или Км в МУТУ.

Трансформатор ТР1 разделяет управляющие и силовые цепи.

Отключение симисторов происходит после снятия командного сигнала в момент перехода синусоидального тока нагрузки через нуль.

При отсутствии командных сигналов тиристорные ключи разомкнуты и обмотки электродвигателя обесточены.

При замыкании ключа Кб («Больше») замыкается тиристорный ключ ТСб и к обмотке О1 подключается источник питания (сеть), обмотка О2 подключается к источнику последовательно с конденсатором С. Электродвигатель вращается в положительном направлении.

При замыкании ключа Км («Меньше») замыкается тиристорный ключ ТСм и к обмотке О2 подключается источник питания (сеть), обмотка О1 подключается к источнику последовательно с конденсатором С. Электродвигатель вращается в отрицательном направлении.

14 2.4 Каскадные системы

Большинство систем автоматического регулирования судового энер-гетического оборудования построено по рассмотренным выше трем типовым схемам.Однако в судовой автоматике используются САР и с более сложными схемами.Примером такой системы регулирования может служить САР сжигания топлива, применяемая в некоторых судовых паровых котлах большой паро-производительности (см. рис. 2.13).

Рис. 2.13 Схема регулирования сжигания топлива в судовом паровом котле

САР содержит 4 регулятора: ГРДП - главный регулятор давления пара в котле Рк, РДТФ - регулятор давления топлива перед форсункой Рт, РДВ - регулятор давления воздуха Рв, РДТМ - регулятор давления топлива в магистрали Рм.

РДТМ поддерживает давление топлива Рм в топливной магистрали перед топливным регулирующим золотником ТРЗ, равное постоянному заданному значению Рмз. РДТМ поддерживает давление, перемещая регулирующий клапан слива РКС, изменяющий расход топлива из напорной топливной магистрали в приемный трубопровод топливного насоса.

ГРДП по сигналу отклонения давления пара в котле Рк от заданного значения Ркз вырабатывает управляющий сигнал Uдп, который поступает на задатчики регуляторов давления топлива и воздуха ЗДТ и ЗДВ.

Задатчики формируют соответственно сигналы заданных значений дав-ления топлива перед форсункой Ртз и давления воздуха перед топочным уст-ройством Рвз.

РДТФ поддерживает давление топлива перед форсункой Рт, равное переменному заданному значению Ртз, путем перемещения ТРЗ.

Изменение давления Рт вызывает изменение расхода топлива в котел Gт и, тем самым, изменение давления пара в котле Рк.

РДВ поддерживает давление воздуха перед топочным устройством Рв, равное переменному заданному значению Рвз, путем перемещения воздушной регулирующей заслонки ВРЗ.

Изменение давления Рв вызывает изменение расхода воздуха в котел Gв и, тем самым, обеспечивает соотношение расходов воздуха и топлива, необходимое для нормального горения топлива.

Таким образом, котел как объект регулирования давления пара в данном случае представляет собой сложный объект, состоящий из (см. рис. 2.14): ОРГ - главного объекта регулирования (собственно, котла), в котором регу- лируемой величиной является давление пара Рк; ОРВ - вспомогательного объекта регулирования (топливного трубопровода с форсункой)), в котором регулируемой величиной является давление топлива Рт.

Регулируемая величина ОРВ служит регулирующим воздействием для ОРГ.

Такая САР называется системой каскадного или подчиненного регули-рования.

Функциональная схема двухкаскадной САР в общем случае имеет вид, показанный на рис. 2.14, где обозначено: Хг - главная регулируемая величина, Хв - вспомогательная регулируемая величина, Хдг - выходной сигнал датчика главной регулируемой величины ДГ, Хдв - выходной сигнал датчика вспомогательной регулируемой величины ДВ, Хзг - выходной сигнал задатчика главной регулируемой величины ЗГ, Хзв - сигнал заданного значения вспомогательной регулируемой величины на выходе главного корректирующего устройства КУГ, Uкув - выходной сигнал вспомогательного корректирующего устройства КУВ, Gв - регулирующее воздействие на ОРВ.

Рис. 2.14 Пример функциональной схемы двухкаскадной системы регулирования.

Обозначения остальных элементов и сигналов ясны по предыдущим схемам.

Первый каскад системы представляет собой внутренний контур регули-рования вспомогательной регулируемой величины Хв. Этот контур содержит типовые функциональные элементы регулятора, рассмотренные выше. По- следовательное корректирующее устройство КУВ обеспечивает требуемое качество работы внутреннего контура.

Второй каскад системы представляет собой внешний контур регулиро-вания главной регулируемой величины Хг. Последовательное корректиру- ющее устройство второго каскада КУГ вырабатывает сигнал Хзв заданного значения вспомогательной регулируемой величины для первого каскада.

Для САР сжигания топлива (рис. 2.14) главной регулируемой величиной является давление пара в котле Рк, а вспомогательной – давление топлива перед форсункой Рт. Функциональная схема данной САР полностью соответствует рис. 2.14.

Следует отметить, что типовая комбинированная САР, рассмотренная в предыдущем подразделе (см. рис. 2.7) является частным случаем двухкаскад-ной системы. Первым каскадом САР в ней служит следящая система, которая представляет собой внутренний контур регулирования положения ИМ, причем передаточная функция вспомогательного корректирующего устройства Wкув(s)=1.

Каскадные САР теоретически могут иметь сколь угодно много контуров регулирования.

Пример схемы трехкаскадной САР приведен на рис. 2.15.

Отличие данной системы от предыдущей двухкаскадной заключается в том, что первый каскад представляет собой контур регулирования положения ИМ (следящую систему), содержащий: ДПИМ – датчик положения ИМ, выполняющий функцию жесткой обратной связи, КУП - последовательное корректирующее устройство (позиционирования