4.10. Schema electrică de comandă prin sistemul generator-motor a acţionării

cabestanului (vinciului) de ancoră

Din prezentările făcute rezultă că sistemul generator-motor asigură cel mai bine adaptarea

caracteristici lor mecanice la cerinţele acţionării mecanismului de ancorare. Utilizarea în cazul

sistemului generator-motor a unui număr mai mare de maşini electrice duce la mărirea preţului

de cost, a gabaritelor şi greutăţi lor, comparabil cu sistemul de acţionare prin relee şi

contactoare. La puteri mari, circa 70kW, aceste dezavantaje se reduc întrucât la astfel de puteri

cantitatea de aparataj electric şi dimensiunile rezistenţelor în schemele cu relee şi contactoare

cresc considerabil. De asemenea odată cu mărirea numărului de contactoare şi relee se măreşte şi

posibilitatea de defectare a instalaţiei. De aceea, în aceste cazuri, se preferă sistemul generator-

motor.

Datorită avantajelor sistemului generator-motor, în ceea ce priveşte caracteristicile

mecanice obţinute, simplitatea şi siguranţa în exploatare în comparaţie cu celelalte sisteme de

acţionare, în multe cazuri acest sistem este preferat şi pentru puteri mai mici, de circa 20kW. în

practica construcţiilor navale din Suedia sistemul generator-motor cunoaşte o largă răspândire.

În figura 4.10. se prezintă schema electrică de comandă a acţionării cabestanului de ancoră

prin sistemul generator-motor.

Elementele componente ale schemei din figura 4.10. sunt:

m1 - motor asincron în scurtcircuit;

m2 - generator de curent continuu cu excitaţie mixtă diferenţială;

m3 - motor de curent continuu cu excitaţie independentă;

m4 - generator auxiliar de curent continuu care alimentează circuitele de comandă;

ES(m2), EI(m2) - excitaţiile serie şi independentă ale generatorului m2;

EI(m3) - excitaţia independentă a motorului m3;

ED(m4), ES(m4) - excitaţiile derivaţie şi serie ale generatorului auxiliar;

C1 - contactor pentru cuplarea alimentării motorului m1;

C2 - contactor pentru scurtcircuitarea rezistenţelor de pornire;

b1, b2 - butoane pentru comanda pornirii şi opririi motorului m1;

h1 - lampă de semnalizare cu lumină galbenă;

h2 - lampă de semnalizare cu lumină aibă;

R1-R3 - rezistenţe de pornire pentru motorul m1;

R4-R8 - rezistenţe pentru reglajul tensiunii generatorului m2;

R9 - rezistenţă pentru limitarea curentului prin excitaţia motorului m3;

FE - bobina frânei electromagnetice;

b(1-1')-b(12-12') - contactele controlerului de comandă.

Schema din figura 4.10. corespunde unei aplicaţii practice pentru acţionarea unei ancore de

4 tone. În acest caz motorul de execuţie, are puterea de 50kW, generatorul principal, m2, care-

alimentează motorul de execuţie are puterea 60kW, iar motorul primar de tip asincron în

scurtcircuit, m1, care acţionează pe axul său, generatorul principal m2 şi generatorul auxiliar m4

are puterea 75kW. În figura 4.10. sunt prezentate caracteristicile mecanice ale acestei acţionări.

Pregătirea pentru funcţionare a schemei din figura 4.10. se face prin pornirea motorului

primar m1 care antrenează pe axul său generatoarele de curent continuu m2 şi m4.

Pornirea motorului primar m1 este posibilă când controlerul de comandă este pe poziţia

zero şi contactul b(12-12') este închis. Pentru pornire se apasă butonul b1. Este alimentat

contactorul C1 care conectează înfăşurarea statorului motorului m1 la reţea având înseriate

rezistenţele de pornire R1 - R3. Se aprinde lampa hi de culoare galbenă, în acelaşi timp se

alimentează şi releul de timp d care cu întârziere va închide contactul d(2-4). întârzierea la

acţionare a releului d corespunde duratei regimului tranzitoriu de accelerare a motorului conectat

cu rezistenţele de pornire. Prin închiderea contactului d(2-4) se alimentează contactorul C2 care

scurtcircuitează rezistenţele de pornire. Se stinge lampa hi şi se aprinde lampa h2, lumină aibă,

care indică terminarea pornirii motorului

asincron m1. În modul prezentat se asigură pornirea automată în funcţie de timp a motorului

asincron în scurtcircuit.

Motorul asincron antrenează pe axul său generatorul principal de curent continuu m2 care

în această situaţie pregătitoare nu produce tensiune întrucât circuitul excitaţiei independente este

întrerupt şi de asemenea antrenează generatorul auxiliar m4 care produce tensiune la valoarea

nominală şi alimentează schema de comandă. Este parcursă de curent excitaţia independentă a

motorului de execuţie conectată în serie cu rezistenţa R9 de limitare a curentului.

Motorul de execuţie m3, care antrenează mecanismul de ancorare, este în repaus, curentul

prin indusul său fiind nul. Funcţionarea. Se pune controlerul pe poziţia 1 "VIRA". Se închid

contactele b(1-1'), b(2-2'), b(4-4') şi b(6-6'). Este alimentată bobina frânei electromagnetice şi se

eliberează axul motorului de execuţie m3 de sub acţiunea frânei mecanice, înfăşurarea de

excitaţie a motorului E1(m3) este parcursă de curentul nominal prin scurtcircuitarea rezistenţei

R9. Este conectată alimentarea excitaţiei generatorului principal E 1 (m2) în serie cu rezistenţele

R4 - R8. Curentul prin excitaţie se stabileşte la valoarea minimă şi ca urmare tensiunea produsă

de generatorul m2 are valoarea minimă. Motorul de execuţie m3 se roteşte cu turaţia I minimă în

sensul de virare a lanţului de ancoră la bordul navei.

Pe poziţiile 2, 3, 4, 5 şi 6 se închid în ordine contactele b(7-T), b(8-8'), b(9- 9'), b( 10-10')

şi b( 11-11') şi sunt scoase pe rând treptele de rezistenţă de la R4 la R8. Prin scoaterea treptelor

de rezistenţă se măreşte în trepte curentul prin excitaţia generatorului, tensiunea generatorului şi

turaţia motorului de execuţie. Pe ultima poziţie 6 se obţine turaţia maximă a motorului de

execuţie.

Schema fiind simetrică funcţionarea pe poziţiile "FILA" este aceeaşi cu deosebirea că se

inversează sensul curentului prin excitaţia generatorului E1 (m2), având ca rezultat inversarea

polarităţii tensiunii generatorului şi a sensului de rotire pentru motorul de execuţie.

Din prezentarea caracteristicilor mecanice se observă că excitaţia serie anticompound

asigură limitarea automată a momentului de repaus sub curent dezvoltat de motorul de execuţie

şi ca urmare o protecţie specială la suprasarcină a motorului m3 nu este necesară.

La revenirea controlerului pe poziţia zero, motorul de execuţie m3 este conectat în regim

de frânare dinamică. Rezistenţa de frânare dinamică în acest caz este constituită de rezistenţa

indusului generatorului.

Schema electrică de comandă cu tiristoare a acţionării cabestanului de ancoră Comanda cu

tiristoare a electromotoarelor de curent continuu reprezintă una din direcţiile moderne

importante de dezvoltare a acţionărilor electrice. Prin acest sistem de comandă se obţin

caracteristici mecanice asemănătoare cu cele obţinute prin sistemul generator-motor, în

condiţiile în care în locul grupului de maşini electrice se foloseşte numai motorul de execuţie.

Sistemele de comandă cu tiristoare se vor extinde în acţionările electrice navale în măsura

în care se vor rezolva următoarele probleme mai importante care limitează aplicarea lor:

siguranţa în funcţionare în condiţiile de mediu de la bordul navei şi eliminarea perturbaţiilor

asupra sistemului de radiocomunicaţii al navei.

în figura 4.11. se prezintă o schemă de comandă cu tiristoare a acţionării cabestanului de

ancoră realizată şi aplicată experimental la bordul unei nave.

Motorul de execuţie utilizat este un motor de curent continuu cu excitaţie mixtă

având următoarele caracteristici tehnice: Pn=16kW; Un = 220V; n, = 1000rot/min.

Principalele elemente ale schemei din figura 4.11. şi funcţiunile lor sunt:

m 1 - transformator trifazat coborâtor de tensiune;

m2 - motor de curent continuu cu excitaţie mixtă pentru acţionarea cabestanului de

ancoră;

EO, ES - înfăşurările de excitaţie derivaţie şi serie ale motorului;

m3, m4, m5 - amplificatoare magnetice pentru comandă, înfăşurările

amplificatoarelor magnetice sunt notate astfel:

W - înfăşurarea de sarcină;

Wc - înfăşurarea de comandă;

Wr - înfăşurarea de reacţie negativă;

m6, m7, m8 - transformatoare pentru alimentarea generatoarelor de relaxare;

GR - generator de relaxare pentru distribuirea impulsuri lor pozitive de comandă a

tiristoarelor

În absenţa semnalului de comandă aplicat înfăşurării We, reactanţa înfăşurării de

sarcină W_ este maximă. Ca urmare, ampliudinea curentului prin înfăşurarea W1 este

minimă şi unghiul a de comandă a tiristoarelor are valoarea maximă ceea ce corespunde

valorii minime a tensiunii aplicate motorului de execuţie.

Odată cu aplicarea semnalului de comandă în înfăşurarea We, în măsura în care

creşte semnalul de comandă se reduce inductanţa înfăşurării Wc şi creşte amplitudinea

curentului prin înfăşurarea W1. Prin aceasta se obţine micşorarea unghiului a şi creşterea

tensiunii aplicate motorului corespunzător expresiei:

(4.1)

în care Ud = 1,35Ulinie reprezintă tensiunea maximă dată de redresorul comandat pentru

= 0.

În fiecare generator de relaxare tensiunea din înfăşurarea secundară W2 se aplică

condensatorului de acumulare C1. Timpul de încărcare al condensatorului se reglează cu

rezistenţa R1. Când condensatorul s-a încărcat nană la valoarea pragului de deschidere a

tiristorului ti acesta se deschide şi condensatorul se descarcă pe înfăşurarea primară a

transformatorului de impuls W3.

m9, m10, m11 - transformatoare de impuls; la aplicarea impulsului pe înfăşurarea

primară W3, din înfăşurarea secundară W4, se obţine impulsul de deschidere a

tiristoarelor de putere t2;

n2 - redresor comandat de putere pentru alimentarea motorului de execuţie;

n3, n4 - redresoare în punte pentru redresarea tensiunii de comandă a

amplificatoarelor magnetice şi pentru alimentarea schemei de comandă;

m13 - selsin de comandă conectat pentru funcţionarea ca selsin transformator. Prin

mutarea manetei de comandă pe poziţiile de la 1 la 10 tensiunea de ieşire a seismului

creşte liniar. Această tensiune este redresată de puntea redresoare n3 şi se aplică

înfăşurării de comandă Wc a amplificatorului magnetic. La creşterea tensiunii de

comandă U, se reduce inductanţa înfăşurării W, creşte amplitudinea curentului prin

înfăşurarea W1 şi se micşorează unghiul a de deschidere a tiristoarelor. Ca urmare, creşte

tensiunea aplicată motorului de execuţie având ca rezultat creşterea turaţiei acestuia. Prin

acest procedeu reglarea tensiunii aplicate motorului se face în limitele 1:25.

St-stabilitron. Este montat pe circuitul înfăşurării de reacţie negativă W r, a

amplificatorului magnetic şi are rolul de a limita curentul prin indusul motorului de

curent continuu.

La suprasarcini Is = 1,75 In stabilitronul se străpunge şi se aplică pe înfăşurarea de

reacţie negativă Wr un semnal proporţional cu valoarea curentului de sarcină care creează

un flux de sens opus fluxului dat de înfăşurarea de comandă obţinându-se scăderea

bruscă a tensiunii aplicată motorului de execuţie şi ca urmare, limitarea curentului prin

indusul acestuia, înclinarea pantei căzătoare a caracteristicii mecanice poate fi reglată cu

rezistenţa R4.

Tensiunea pe circuitul legăturii inverse, de reacţie negativă, se obţine de la bornele

şuntului R3 şi este proporţională cu valoarea curentului de sarcină.

C1, C2 - contactoare pentru cuplarea motorului şi inversarea sensului de rotaţie;

C3 - contactor pentru alimentarea bobinei frânei electromagnetice FE;

b( 1-1 ')+b( 5-5') - contactele controlerului de comandă;

a1, a2 - întrerupătoare automate pentru protecţia transformatorului m1 şi a

motorului m2.

Funcţionarea, în poziţia zero a controlerului schema este deconectată. Motorul de

execuţie m2 este în repaus şi are axul frânat de frâna mecanică.

Pe poziţia 1 "VIRA" se închid contactele b(1-1'), b(2-2') şi b(3-3'). Sunt alimentate

selsinul de comandă, releul de tensiune minimă d care închide contactul d(2-4) şi

contactorul C3 care realizează circuitul de alimentare al bobinei frânei electromagnetice.

Este de asemenea alimentată înfăşurarea derivaţie a motorului. Motorul se află în repaus

şi este conectat pentru regimul de frânare dinamică.

Pe poziţia 2 "VIRA" se închide în plus contactul b(4-4') şi este alimentat

contactorul C2. Indusul motorului este conectat la tensiune minimă şi viteza motorului

este minimă.

În poziţiile de la 3 la 10 tensiunea de ieşire a selsinului de comandă creşte liniar şi

se obţine în final creşterea turaţiei motorului de execuţie. Schema este simetrică,

funcţionarea pe poziţiile "FILA" fiind aceeaşi. Caracteristicile mecanice ale acţionării cu

tiristoare sunt asemănătoare cu caracteristicile mecanice ale acţionării prin sistemul

generator-motor reprezentate în figura 2.14.