Actionarea electrica a instalatiilor de ancorare

Actionarea electrica a instalatiilor de ancorare

1. Rolul si elementele principale ale instalatiilor de ancorare

Instalatia de ancorare are rolul de a asigura stationarea sigura a navei in diferite conditii.

La stationarea navei in rade deschise sau inchise, aceasta este supusa actiunii fortei datorate vantului, fortei datorate curentilor marini si fortei datorate valurilor. Pentru a asigura mentinerea navei pe loc in aceste conditii este necesar ca sa fie legata de sol cu o legatura flexibila care sa-i permita deplasari in jurul unui punct fix. Legarea navei de sol se face cu ajutorul lantului de ancora si al ancorei.

Instalatia de ancorare se compune din urmatoarele elemente principale: ancore, lanturi pentru ancore, mecanisme de transmisie, cabestan sau vinci, motor electric de executie si sistemul de comanda.

in figura 2.1. este prezentata dispunerea generala a instalatiei de ancorare.

Lantul ancorei are un capat legat de ancora (1), iar celalalt capat este legat de corpul navei printr-o cheie de impreunare. El se dispune de la ancora prin nara (3), stopa (4) care sustine ancora si lantul, barbotina cabestanului (5), nara in punte (6) si putul lantului (7). Cabestanul este pus in miscare de electromotorul (8) prin intermediul transmisiei (9). intre electromotor si mecanismul de transmisie se monteaza frana electromagnetica (10). Instalatia de comanda a electromotorului se compune din: controlerul (11), tabloul cu contactoare si relee (12) si cutia cu rezistente de pornire si reglaj (13).

Ancorele care se folosesc frecvent sunt de doua tipuri: ancore tip amiralitate si ancore cu brat articulat. Ancora tip amiralitate are mai mare putere de sustinere, insa se prefera de obicei celalalt tip de ancora care are gabarite mai mici, se dispune si se strange mai usor.

Ca mecanisme pentru coborarea si ridicarea ancorelor se folosesc cabestanele sau vinciurile. Cabestanele au axa barbotinei situata vertical si intregul mecanism de transmisie dispus sub puntea principala, iar vinciurile, spre deosebire de cabestane, au axa orizontala si transmisia mecanica dispusa pe punte.

In figura 2.2. este prezentata schema cinematica a cabestanului de ancora.

Lantul se aseaza pe barbotina care are la periferie locasuri in care intra (tomplet o veriga a lantului, astfel ca la rotirea acesteia lantul sa fie tras la tjord.

Tamburul de manevra este destinat pentru strangerea paramelor de iegare. El are o forma concava, pentru ca parama care se strange sa nu cada de pe el. Pe suprafata tamburului de manevra exista o serie de proeminente, numite nervuri, pentru ca parama sa se aseze cat mai strans pe acesta.

Barbotina si tamburul de acostare sunt cuplate cu axul (3) al cabestanului prin discurile de frictiune (5). Fortele de frecare si deci cuplurile transmise prin frictiune axului cabestanului se regleaza cu ajutorul resorturilor, astfel incat sa se evite aplicarea unor suprasarcini extreme la axul electromotorului de actionare a cabestanului.

Cand forta de apasare pe discuri, creata prin tensionarea unor resorturi actionate printr-un sistem mecanic de o roata, este nula, tamburul de manevra si barbotina se misca liber fata de ax. Aceasta manevra se executa la fundarisirea ancorei, cand sub actiunea greutatii proprii ancora se fileaza rotind barbotina si tamburul in gol.

Pentru ridicarea ancorei se preseaza discurile (5) si barbotina va fi cuplata prin frictiune cu axul (3). Electromotorul de executie (1) roteste axul (3) si impreuna cu acesta se va roti barbotina (4), virand lantul ancorei la bordul navei.

in figura 2.3. este reprezentata schema cinematica a unui vinci de ancora.

Cuplul motorului electric se transmite prin transmisia melc - roata melcata (5), rotilor dintate (4) si axului (8). Axul (8) este cuplat printr-o legatura mecanica mobila cu barbotinele (2). Legatura mobila se realizeaza cu mansoanele de cuplare cu came (3), care se pot deplasa axial de-a lungul unor pene realizand cuplarea si decuplarea barbotinelor (2) de axul (8). Cu ajutorul vinciului de ancora se pot vira in acelasi timp una sau doua ancore.

Aspectul general al unui vinci de ancora este prezentat in figura 2.4.

Fig. 2.4. Aspectul general al vinciului de ancora

Frana electromagnetica prevazuta in schemele cinematice executa franarea mecanica a axului electromotorului in absenta alimentarii cu energie electrica. Atunci cand electromagnetul franei este alimentat se realizeaza deblocarea axului electromotorului.

Franele electromagnetice pot fi cu banda sau saboti. in prezent cunoaste o larga utilizare frana disc inglobata in constructia electromotorului destinat pentru actionarea vinciurilor sau cabestanelor.

in figura 2.5. se prezinta elementele componente ale franei disc.

Prin bucsa (1) se fixeaza pe axul electromotorului (2) discul (3) care se roteste impreuna cu acesta. Sistemul de prindere al discului (3) ii permite sa se deplaseze axial. Pe ambele fete ale discului este fixat cu nituri materialul de frictiune (4). Discul este inchis intr-o carcasa turnata (5) fixata pe scutul electromotorului si care face corp comun cu partea fixa a electromagnetului. Electromagnetul este format din corpul turnat (6), bobina (7) si armatura mobila cu disc (8). in situatia in care bobina franei nu este alimentata, armatura mobila (8) sub actiunea resortului (9) preseaza discul mobil (4) intre carcasa (5) si discul (8), realizand franarea mecanica a axului electromotorului. La alimentarea electromotorului se alimenteaza concomitent si bobina franei electromagnetice. Armatura mobila (8) este atrasa invingand actiunea resortului (9) si prin aceasta axul electromotorului este eliberat de actiunea franei mecanice.

2. Cerintele regulilor de clasificarea si

constructia navelor maritime (RNR)

Instalatia de ancorare

Orice nava trebuie sa aiba un echipament de ancorare. Pentru navele cu propulsie, cu exceptia navelor de pescuit, echipamentul de ancorare se alege din tabelul 2.1., iar pentru navele de pescuit propulsate din tabelul 2.2. in functie de caracteristica de dotare a navei.

Caracteristica de dotare, Na, pentru nave, se calculeaza in modul urmatoi.

in care:

V - deplasamentul volumetric al pescajului corespunzator liniei de incarcare de vara [m³];

B - latimea navei [m];

h - inaltimea de la linia de incarcare de vara pana la fata superioara a invelisului puntii celui mai inalt ruf, care se calculeaza in modul urmator:

in care:

a - distanta masurata pe verticala, la sectiunea maestra, de la linia de

incarcare pana la fata superioara a invelisului puntii superioare [m];

hi - inaltimea in plan diametral, a fiecarui nivel al suprastructurii sau rutului cu o latime mai mare de 0,25B [m];

Daca la nava sunt doua sau mai multe suprastructuri, in calcul se va lua numai cea mai inalta.

A - suprafata velica in limitele lungimii navei considerata de la linia de incarcare [m²]. La determinarea valorii A se va tine seama numai de suprafata velica a corpului, suprastructurilor si rufurilor avand latimea mai mare de 0,25B.

Regiunile de navigatie pentru care se construiesc navele, se clasifica astfel:

1. nave destinate navigatiei maritime nelimitate;
2. nave destinate navigatiei in mari deschise, in larg, la distante fata de locurile de adapost sub 200Mm sau pe parcursuri in care distantele dintre aceste locuri sunt sub 400 Mm;
3. nave destinate navigatiei in mari deschise, in larg, la distante fata de locurile de adapost sub 50Mm, sau pe parcursuri in care distantele dintre aceste locuri sunt sub 100 Mm;
4. nave destinate navigatiei maritime costiere sau in golfuri.

In functie de caracteristicile mecanice ale otelurilor din care se executa lanturile de ancora acestea sunt de trei tipuri corespunzatoare a trei categorii de oteluri:

tip 1 - otel categorie 1 cu Rm = 305 h- 490 N/mm²;

tip 2 - otel categorie 2 cu Rm = 490 N/mm²;

tip 3 - otel categorie 3 cu Rm = 690 N/mm²

In care Rm reprezinta ,czistenta la rupere a materialului.

Lanturile de ancora se alcatuiesc din chei de lant. Cheile sunt imbinate intre ele cu ajutorul zalelor de impreunare (Kenter).

Dupa pozitia pe care o ocupa in lant, cheile de lant se impart in:

cheie de lant de ancora, care se prinde de ancora;

chei de lant intermediare;

cheie de lant de capat, care se fixeaza la dispozitivul de declansare a
lantului.

Cheile de lant intermediare au lungimea cuprinsa intre 25m si 27,5m numarul zalelor fiind intotdeauna impar.

Pentru fundarisirea si virarea ancorelor principale, avand masa mai mare de 35kg, precum si pentru asigurarea ancorajului se instaleaza pe puntea navei, la prova, mecanismul de ancorare.

Puterea motorului de actionare a mecanismului de ancorare trebuie sa asigure tragerea neintrerupta timp de 30 minute a unui lant de ancora impreuna cu ancora cu forta de tinere normala, cu o viteza de cel putin 9m/min si cu o forta de tractiune la barbotina Pi cel putin egala cu cea determinata cu formula:

P =9,8 a d²[N] (2.3.)

unde: a = 3,75 pentru lanturi de categoria 1;

a = 4,25 pentru lanturi de categoria 2;

a = 4,75 pentru lanturi de categoria 3;

d - diametrul (calibrul) lantului in [mm].

Pentru navele de aprovizionare forta de tractiune la barbotina P₂ nu trebuie sa fie mai mica decat cea determinata cu formula:

P₂=11,1(q h + G)[N] . (2.4.) in care:

q - masa unui metru liniar de lant de ancora [kg/m];

h - adancimea de ancorare [m], dar nu mai putin de:

200m pentru nave cu caracteristica de dotare pana la 720;

250m pentru nave cu caracteristica de dotare mai mare de 720;

G - masa ancorei [kg].

Viteza de virare a lantului de ancora se masoara pe lungimea a doua chei de lant incepand din momentul in care trei chei de lant sunt complet scufundate in apa. La apropierea ancorei de nava, viteza de virare a lantului trebuie sa fie cel mult de l0m/min. Se recomanda ca viteza de intrare a ancorei in nava sa fie 7m/min.

Pentru desprinderea ancorei de fund, mecanismul de actionare al instalatiei trebuie sa asigure timp de 2 minute crearea in lant, pe o barbotina a unei ancore, a fortei de tractiune de cel putin 1,5 P

Mecanismul de ancorare trebuie sa aiba un dispozitiv de franare corespunzator unei forte in lant la barbotina de cel putin 1,3 P sau 1,3 P₂.

Barbotinele trebuie sa aiba cel putin 5 locasuri pentru zale. La barbotinele vinciurilor unghiul de infasurare a lantului trebuie sa fie de cel putin 115°, iar la barbotinele cabestanelor de cel putin 150°.

Daca sistemul de actionare poate dezvolta un moment ce creaza o forta in lant mai mare de 0,5 din sarcina de proba a lantului de ancora, trebuie sa se prevada o protectie la depasirea sarcinii aratate, montata intre sistemul de actionare si mecanism.

Daca se prevede comanda de la distanta a operatiei de filare a lantului de ancora, atunci cand mecanismul este decuplat de barbotina, trebuie sa se prevada un dispozitiv care sa asigure franarea automata a franei banda, astfel incat viteza maxima de filare a lantului sa nu depaseasca 180m/min, iar viteza minima sa nu fie mai mica de 80m/min.

Franarea barbotinei mecanismului de ancorare trebuie sa asigure oprirea lantului de ancora in cazul filarii line in cel mult 5 secunde si cel putin 2 secunde din momentul aparitiei comenzii de franare.

La postul de comanda de la distanta trebuie sa se prevada un contor al lungimii lantului de ancora filat si un indicator de viteza a filarii lantului cu marcarea vitezei limita admisibila de 180m/min.

Mecanismele si partile componente pentru care se prevede comanda de la distanta trebuie sa aiba o comanda locala manuala.

Mecanismele de ancorare destinate si pentru indeplinirea operatiilor de manevra, trebuie sa satisfaca si cerintele pentru vinciuri si cabestane de manevra.

3. Scheme de comanda pentru actionarea electrica

a mecanismelor de ancorare

3.1. Clasificare. Tipuri de protectie electrica

Schemele eletrice de comanda a actionarii mecanismelor de ancorare, legare si remorcare se clasifica astfel:

scheme de comanda cu controler;

scheme de comanda cu relee si contactoare;

scheme de comanda pentru sistemul generator-motor;

scheme de comanda cu tiristoare.

In cele ce urmeaza se va face o analiza succinta a acestor scheme.

a. Scheme de comanda cu controler

Se utilizeaza, de regula, pentru puteri mici, pana la 20kW si prezinta avantajul ca sunt simple, precise, au gabarite si greutati reduse. Se folosesc in situatiile in care frecventa pornirii instalatiilor este mica, ceea ce este caracteristic pentru functionarea instalatiei de ancorare. Pornirea si reglarea vitezei necesita atentie si pregatire corespunzatoare din partea operatorului. Aceste scheme nu pot asigura regimul de limitare automata a momentului pe timpul cresterii sarcinii in perioada de smulgere a ancorei, pentru aceasta limitare se cere interventia operatorului.

Controlerul de comanda se dispune in apropierea electromotorului si mecanismului actionat. Conectarea tensiunii de alimentare se face printr-un contactor de linie a carui bobina este alimentata atunci cand controlerul se afla pe pozitia zero. Acest contactor are rolul de releu de tensiune minima si in acelasi timp tot prin intreruperea bobinei contactorului actioneaza si protectia la suprasarcina.

b. Scheme de comanda cu relee si contactoare

Aceste scheme sunt cele mai raspandite pe navele aflate in exploatare.

Schemele de comanda cu relee si contactoare asigura automat procesul de pornire, reglarea turatiei si protectia electrica necesara electromotoarelor.

Pentru comanda se folosesc contactoare si relee dispuse intr-un dulap numit statie magnetica.

Cel mai frecvent se foloseste pornirea automata a electromotoarelor in functie de timp. Pornirea electromotoarelor in functie de curent sau in functie de tensiunea contraelectromotoare este mai dificila de aplicat din mai multe motive, dintre care enumeram: temperatura variabila a mediului, fluctuatia sarcinii, fluctuatia caderilor de tensiune ale retelei.

Comanda actionarii electrice se realizeaza cu controler de comanda, de dimensiuni reduse avand in vedere ca in circuitele de forta comutarile necesare sunt realizate prin contactele contactoarelor, rolul controlerului fiind de a comanda inchiderea sau deschiderea circuitelor de alimentare a bobinelor contactoarelor. Regula este ca rotirea manetei controlerului in sensul acelor de ceasornic (miscarea spre dreapta) sa corespunda ridicarii ancorei sau strangerii paramei si in sens invers coborarii ancorei sau filarii paramei.

c. Scheme de comanda pentru sistemul generator-motor

Se folosesc pentru puteri mari ale instalatiilor de ancorare, corespunzatoare unor calibre ale lantului de ancora care depasesc 49mm. Acest sistem asigura cele mai bune caracteristici mecanice: reglarea vitezei in limite largi, siguranta deplina in functionare, motiv pentru care sunt preferate pentru utilizari pe nave de pasageri. Pentru reducerea neajunsului privind marirea puterii instalate s-a ajuns la solutia realizarii unui singur convertizor motor-generator care poate fi cuplat pe rand cu mai multe agregate cu functionari asemanatoare si care nu lucreaza simultan.

d. Scheme de comanda cu tiristoare

Comanda cu tiristoare a electromotorului de curent continuu reprezinta una din directiile moderne de dezvoltare a actionarilor electrice navale. Acest sistem concureaza sistemul generator-motor din punct de vedere al realizarii caracteristicilor mecanice. Problema care trebuie rezolvata consta in ridicarea fiabilitatii acestui sistem pentru conditiile de exploatare de la bordul navelor.

Sistemul permite utilizarea motorului de curent continuu pe nave electrificate in curent alternativ, cu toate avantajele sale privind caracteristicile mecanice.

In ceea ce priveste protectia electromotoarelor de actionare a mecanismelor de ancorare, legare si remorcare, conform regulilor de clasificare si constructie a navelor maritime aceasta trebuie sa asigure:

protectia maximala de curent;

protectia termica de suprasarcina;

protectie pentru limitarea sarcinii;

protectie minimala de tensiune.

In continuare se prezinta rolul si modul in care se realizeaza aceste protectii in schemele electrice.

a. Protectia maximala de curent

Protectia maximala de curent actioneaza la curentii de scurtcircuit. Valorile acestor curenti depasesc de la cateva ori pana la zeci de ori valoarea nominala a curentului. Pentru a nu pune in pericol electromotorul, protectia in acest caz trebuie sa actioneze instantaneu si sa deconecteze alimentarea electromotorului.

Protectia maximala de curent se realizeaza cu relee electromagnetice al caror timp de actionare este foarte mic, 0,05 - 0,08 secunde. Reglarea curentului de anclansare se face in limitele 2,25 - 3,5I_n (I_n - valoarea nominala a curentului).

Pentru motoare asincrone cu rotorul in scurtcircuit releele electromagnetice pentru protectia maximala de curent nu pot fi intrebuintate intrucat ar putea actiona la curentii de pornire care depasesc de 4 - 6 ori valoarea curentului nominal. in cazul motoarelor asincrone cu rotor bobinat se pot utiliza relee maximale de curent montate pe fazele rotorului.

b. Protectia termica la suprasarcina

Aceasta protectie actioneaza la suprasarcina, adica la depasiri mici ale sarcinii nominale, in limitele 1,1 - l,25I_n. intrucat suprasarcina poate fi suportata de motorul electric un anumit timp fara pericol, protectia trebuie sa actioneze temporizat astfel incat suprasarcinile de scurta durata, accidentale sau normale, cum ar fi perioada de pornire, sa nu conduca la actionarea protectiei.

Protectia la suprasarcina se realizeaza cu relee termice sau in ultimul timp se folosesc termoelemente sau termorezistente montate pe infasurarile motorului electric, in interiorul acestuia.

Daca suprasarcina este de durata si deci pune in pericol integritatea motorului electric, in aceasta situatie releele termice actioneaza si deconecteaza motorul electric de la retea.

Schemele de comanda prevad posibilitatea ca in situatii deosebite, de avarii, prin apasarea pe un buton sa se anuleze actiunea releelor termice si deci motorul electric sa-si continue functionarea in suprasarcina pentru a face fata situatiei.

c. Protectia pentru limitarea sarcinii

Se realizeaza cu relee electromagnetice de curent reglate pentru a actiona in limitele 1,5 - 2I_n.

in acest caz la aparitia unei suprasarcini pe treptele de viteza superioara, prin actiunea acestui releu se comuta automat functionarea electromotorului pe alta caracteristica mecanica corespunzatoare unei viteze mai mici. Acest lucru la motoarele asincrone in scurtcircuit se obtine prin comutarea infasurarii statorice pentru un numar de poli mai mare iar la motoarele de curent continuu si motoarele asincrone cu rotor bobinat prin introducerea unor trepte de rezistenta in circuitul rotorului. Prin acest procedeu se face fata suprasarcinii fara a deconecta electromotorul de la retea.

Pentru ca releele electromagnetice de sarcina sa nu actioneze la curentii de pornire, acestea se construiesc cu temporizare la actionare.

d. Protectia la tensiune minima

Protectia la tensiune minima actioneaza la scaderea tensiunii sub 0,5U_n sau la disparitia tensiunii de alimentare si se realizeaza cu relee electromagnetice. Prin actiunea acestor relee se scoate din functiune instalatia. La revenirea tensiunii de alimentare instalatia nu functioneaza. Este necesara interventia operatorului care readuce manual controlerul de comanda pe pozitia zero si astfel schema este pregatita pentru o noua functionare.

3.2. Scheme electrice de comanda cu controler a actionarii cabestanelor (vinciurilor) de ancora

in figura 2.15. este reprezentata schema electrica de comanda prin controler a actionarii cabestanului de ancora cu motor de curent continuu.

Elementele componente ale schemei electrice din figura 2.15. sunt:
m - motor electric de curent continuu cu excitatie mixta la care

excitatia serie este preponderenta;

ED, ES    - infasurarile de excitatie, derivatie si serie;

C1    - contactor de linie;

C2    - contactor de sarcina;

dl    - releu pentru protectia maximala de curent;

d2    - releu de protectie la suprasarcina;

FE    - infasurarea franei electromagnetice;

R1-R6    - rezistente pentru pornirea si reglarea vitezei motorului electric;

R7-R9    - rezistente pentru limitarea curentului prin excitatia derivatie

si infasurarea franei electromagnetice;

R8    - rezistenta de descarcare;

b(l-r)-b(12-12') - contactele controlerului de comanda;

f    - sigurante fuzibile pentru protectia schemei de comanda.

Situatia elementelor schemei la aplicarea tensiunii de la retea.

Controlerul de comanda fiind pe pozitia zero sunt inchise contactele b(l-r), b(2-2') si b(4-4'). Este alimentata bobina contactorului de linie CI care inchide contactele CI(2-4) din circuitul motorului si CI(6-8) din circuitul franei electromagnetice pregatind aceste circuite pentru cuplare. Se inchide contactul Cl(10-12) care sunteaza contactul controlerului b(2-2'). De asemenea pe aceasta pozitie a controlerului este alimentata si bobina contactorului C2 care inchide contactele C2(2-4) si C2(6-8) din circuitul releului de sarcina d2. Excitatia derivatiei, ED este alimentata permanent prin rezistenta de limitare R7.

Motorul electric se afla in repaus avand intrerupt circuitul indusului.

Functionarea. Prin mutarea controlerului pe pozitia 1 'VIRA' se deschide contactul b(2-2') si se inchid contactele b(3-3'), b(6-6') si b(7-7'). Se stabileste circuitul de alimentare al franei electromagnetice si se decupleaza frana de pe axul motorului. in acelasi timp, prin inchiderea contactelor b(6-6') si b(7-7') este conectat indusul motorului la retea. Electromotorul porneste in sensul de virare al lantului de ancora cu viteza minima, avand indusul suntat de rezistentele Rl, R2 conectate in paralel si fiind in serie cu rezistentele R3, R4, R5 si R6.

In figura 2.16. sunt reprezentate caracteristicile mecanice ale motorului corespunzatoare procesului de virare a lantului de ancora.

Fig. 2.16. Caracteristicile mecanice ale actionarii

pentru schema de comanda cu controler

Schemei de conectare corespunzatoare pozitiei 1 'VIRA', a controlerului, ii corespunde functionarea motorului dupa caracteristica mecanica artificiala 1. Pe aceasta caracteristica se obtin viteze de 2 - 3 ori mai mici decat viteza nominala ceea ce asigura o pornire fara socuri, iar la sfarsitul operatiunii de virare revenind pe aceasta pozitie se asigura o viteza redusa de tragere a ancorei in nara fara pericol.

Pe pozitia 2 'VIRA' se deschide contactul b(4-4') si se intrerupe suntarea indusului. Punctul de functionare se muta pe caracteristica artificiala 2 obtinandu-se marirea vitezei de ridicare a ancorei.

Trecand controlerul succesiv pe pozitiile 3, 4, 5, 6 se inchid in ordine contactele b(9-9'), b(10-10'), b(ll-ll'), b(12-12') si sunt scoase pe rand din circuitul indusului rezistentele R3, R4, R5, R6. Punctul de functionare trece pe caracteristicile mecanice superioare, marindu-se in trepte viteza de virare. Pe pozitia 6 sunt scoase toate rezistentele din circuitul indusului, punctul de functionare se va situa pe caracteristica mecanica naturala 6, iar viteza de rotatie va avea valoarea maxima.

La revenirea controlerului pe pozitia zero prin deschiderea contactelor b(6-6'), b(7-7') si inchiderea contactului b(4-4') circuitul indusului este deconectat de la retea si inchis pe rezistenta de franare dinamica Rl. Excitatia derivatie fiind permanent alimentata, motorul care se roteste sub actiunea fortelor de inertie intra in regim de franare dinamica si dezvolta un cuplu de franare. in acelasi timp prin deschiderea contactului b(3-3') se intrerupe alimentarea franei electromagnetice si asupra axului motorului electric actioneaza frana mecanica. in acest caz, franarea dinamica se adauga franarii mecanice pentru a mari siguranta in exploatare, cat si pentru ca frana mecanica sa nu actioneze cu socuri mari care i-ar grabi uzura mecanica.

Functionarea schemei pe pozitia 'FILA' este asemanatoare. Pe pozitia 1 'FILA' a controlerului, in locul contactelor b(6-6'), b(7-7') se inchid contactele b(5-5'), b(8-8') realizandu-se inversarea sensului curentului prin indus si ca urmare, inversarea sensului de rotatie. Motorul porneste cu viteza minima avand indusul suntat de rezistenta Rl si fiind in serie cu rezistentele R3, R4, R5, R6. in continuare, pe celelalte pozitii sunt scoase pe rand rezistentele R3, R4, R5, R6. Spre deosebire de situatia precedenta pe pozitiile de la 2 la 6 se mentine suntarea indusului cu rezistentele Rl, R2 conectate in serie. Prin mentinerea suntarii indusului pe toate pozitiile de filare, motorul electric este capabil sa dezvolte un cuplu de franare corespunzator in situatiile in care creste cuplul dat de greutatea ancorei si a lantului ca urmare a filarii la adancimi mari.

Protectia. Schema este prevazuta cu protectie maximala de curent asigurata de releul dl. Curentul de actionare al releului se regleaza in limite care nu depasesc, de regula, 250-300% din valoarea nominala. La functionarea releului dl deschiderea contactului dl(3-5) intrerupe alimentarea contactorului C1 si motorul este deconectat de la retea.

Releul d2 asigura protectia la suprasarcina a motorului electric. Daca functionand la viteza nominala (controlerul pe pozitia 6) sarcina motorului creste peste 1,2-2 ori, actioneaza cu temporizare releul d2 si prin deschiderea contactului d2(3-5) intrerupe circuitul de alimentare al contactorului C2. Se deschid contactele C2(2-4), C2(6-8) si in circuitul indusului se introduc rezistentele R4, R5. Automat punctul de functionare trece de pe caracteristica naturala 6 pe caracteristica mecanica artificiala 4 si viteza de rotatie se micsoreaza corespunzator. Pe durata virarii ancorei aceasta situatie poate avea loc in momentul smulgerii ancorei.

Prin actiunea contactorului C2 se intrerupe circuitul releului de sarcina si contactul acestuia d2(3-5) se inchide dar alimentarea contactorului C2 nu se mai realizeaza intrucat pe pozitia 6 a controlerului este deschis contactul b(l-l'). Pentru a pune in concordanta pozitia controlerului cu turatia motorului se aduce controlerul pe pozitia 3. Pe aceasta pozitie se inchide b(l-1') si s,e realizeaza alimentarea bobinei contactorului C2. in continuare, revenind pe treptele superioare schema functioneaza normal obtinandu-se cresterea in trepte a vitezei.

Protectia minimala de tensiune este asigurata de contactorul de linie C1. Atunci cand tensiunea retelei scade sub 0,5Un contactorul de linie declanseaza si intrerupe functionarea schemei.

Contactul b(2-2') inchis numai pe pozitia zero a controlerului, are rolul de a nu permite cuplarea motorului la retea decat in cazul in care toate rezistentele de pornire sunt conectate in circuitul indusului. Daca in timpul functionarii, cu controlerul pe una din pozitiile de la 1 la 6, se intrerupe din anumite motive tensiunea de alimentare, motorul sub actiunea franei mecanice se opreste. La reaparitia tensiunii de alimentare motorul nu porneste deoarece contactul b(2-2') fiind deschis este intrerupt circuitul contactorului de linie C1. Pentru pornire este necesar sa se aduca mai intai controlerul pe pozitia zero, pentru a da posibilitatea contactorului de linie CI sa actioneze si dupa aceea se poate efectua pornirea normala a instalatiei.

in figura 2.17. este reprezentata schema electrica de comanda prin controler a actionarii cabestanului de ancora cu motor asincron in scurtcircuit.

Elementele componente ale schemei reprezentate in figura 2.17. sunt:
m - motor asincron in scurtcircuit avand pe stator trei infasurari

construite pentru numarul de poli 2p = 4, 8, 16;
C1 - contactor de linie;

C2, C3 - contactoare pentru cuplarea infasurarii de viteza maxima;

m2    - transformator pentru alimentarea schemei de comanda;

nl,n2    - diode redresoare;

FE    - frana electromagnetica;

b(l-l') - b(12-12') - contactele controlerului de comanda;

bl    - buton de avarie;

e₁ - e₄    - relee termice pentru protectie la suprasarcina;

f    - sigurante fuzibile pentru protectia schemei de comanda.

Situatia elementelor schemei la aplicarea tensiunii de la retea.

La aplicarea tensiunii de la retea, controlerul de comanda fiind pe pozitia zero, este inchis contactul b(l-l') si va fi pus sub tensiune contactorul de linie C1 care isi inchide contactele pregatind schema p. utru functionare.

Functionarea. Pe prima pozitie 'VIRA' se deschide contactul b(l-l') si se inchid contactele b(3-3'), b(5-5'), b(7-7'), b(10-10'), b(l 1-11') si b(12-12'). Motorul se cupleaza la retea pentru succesiunea normala a fazelor, cu infasurarea corespunzatoare numarului de poli 2p=--16 si porneste cu viteza minima.

Pe pozitia 2 'VIRA' se deschid contactele b(10-10'), b(l 1-11'), b(12-12') si se inchid contactele b(8-8') si b(9-9'). Se intrerupe alimentarea infasurarii 2p=16 si se alimenteaza infasurarea corespunzatoare pentru 2p=8. Viteza de rotatie va fi viteza medie.

Pe pozitia 3 'VIRA' se inchide in plus contactul b(2-2') care stabileste circuitul de alimentare a contactoarelor C1 si C3. Prin contactele principale ale acestor contactoare se deconecteaza infasurarea de viteza medie si se conecteaza infasurarea de viteza maxima (2p=4). in paralel cu contactul b(2-2') se inchide contactul C2(6-8) de automentinere.

Pe pozitia 4 se mentine viteza maxima, dar spre deosebire de pozitia 3 pe aceasta pozitie functioneaza protectia de suprasarcina.

Functionarea pe pozitiile 'FILA' este aceeasi, schema fiind simetrica. Deosebirea consta numai in faptul ca in locul contactelor b(3-3'), b(5-5') se inchid contactele b(4-4'), b(6-6') prin care se inverseaza doua faze ale tensiunii de alimentare si se obtine in acest fel schimbarea sensului de rotatie.

Protectia. Releele termice el, e2, e3, e4 asigura protectia la curenti maximali. Protectia actioneaza prin contactele normal inchise aflate in circuitul de alimentare a contactorului de linie. La deschiderea unui contact al releelor termice se asigura deconectarea motorului de la retea prin contactorul de linie. Butonul bl are rolul de a bloca actiunea protectiei in anumite situatii cand este necesara mentinerea in functiune a actionarii pentru o durata scurta de timp, cu riscul care exista in ceea ce priveste distrugerea motorului daca se prelungeste peste o anumita limita timpul de anulare a protectiei.

Protectia la sarcina este realizata de releul d montat in circuitul infasurarii de viteza maxima (2p = 4). in situatia in care functionand cu viteza maxima, controlerul pe pozitia 4, apare o suprasarcina care se mentine o aiiu..um durata, actioneaza releul d si prin deschiderea contactului d(3-5) se intrerupe alimentarea contactoarelor C2, C3. Ca urmare se deconecteaza automat infasurarea de viteza maxima si se conecteaza infasurarea de viteza medie. Dupa trecerea perioadei de suprasarcina pentru a restabili concordanta dintre pozitia controlerului si viteza motorului se revine pe pozitia 2 sau 3 dupa cum se doreste mentinerea vitezei medii sau trecerea din nou la viteza maxima.

Protectia la tensiune minima este asigurata de contactorul de linie C1.

in cazul actionarii cabestanului de ancora cu motor asincron cu trei viteze, de regula, viteza medie este viteza de baza. Viteza minima se foloseste la asezarea ancorei in nara iar viteza maxima pentru ridicarea ancorei dupa smulgere.

Schemele de comanda cu controler prezentate in figurile 2.15. si 2.17. se utilizeaza pentru puteri reduse cuprinse in limitele 6 - 12kW. Pentru astfel de puteri comanda cu controler prezinta o serie de avantaje: simplitate, siguranta in functionare, greutati si gabarite reduse.

In ambele scheme prezentate, pe timpul filarii ancorei cu ajutorul dispozitivului electric de actionare, electromotorul poate lucra in regim de functionare ca motor sau generator cu franare dinamica in cazul motorului de curent continuu sau generator cu recuperare in cazul motorului asincron.

Regimul de functionare ca motor poate ava loc in momentul initial al filarii cand cuplul dat de greutatea ancorei este mai mic decat cuplul fortelor de frecare din mecanismul de transmisie si pentru coborarea ancorei masina electrica dezvolta un cuplu motor de invingere a frecarilor transmisiei mecanice. De la o anumita adancime, greutatea ancorei si a lantului creaza un cuplu mai mare decat cel dat de fortele de frecare si masina electrica trece in regim de generator, dezvoltand un cuplu de franare care limiteaza viteza de coborare a ancorei.

4. Scheme electrice de comanda cu relee si contactoare

ale actionarii cabestanelor (vinciurilor) de ancora

Schema de comanda cu contactoare si relee in curent alternativ a actionarii cabestanului de ancora cu motor asincron in scurtcircuit este prezentat in figura 2.20.

Pentru realizarea celor trei trepte de viteza in crestaturile statorului sunt dispuse doua infasurari separate dintre care una este comutabila. Infasurarea comutabila pentru conexiunea triunghi are numarul de poli 2p = 16 iar pentru conexiunea dubla stea are numarul de poli 2p = 8, ceea ce corespunde vitezelor sincrone de 375 rot/min si 750 rot/min. infasurarea necomutabila este realizata cu numarul de poli 2p = 4, corespunzator vitezei sincrone de 1500 rot/min.

Elementele componente ale schemei electrice din figura 2.20. sunt:

m    - motor electric asincron cu rotorul in scurtcircuit, cu trei

trepte de viteza;

C1, C2    - contactoare de cuplare la retea pentru sensurile de rotatie

dreapta sau stanga;

C3- contactor pentru conectarea infasurarii comutabile, in triunghi;

C4, C6 - contactoare pentru cuplarea infasurarii comutabile in dubla stea;

C5    - contactor pentru cuplarea infasurarii necomutabile;

C7    - contactor pentru cuplarea bobinei franei electromagnetice;

dl    - releu de tensiune minima;

d2    - releu pentru comutare automata de la viteza mare la viteza medie;

d3    - releu pentru blocarea actiunii protectiei;

d4    - releu de sarcina;

el, e2, e3    - relee termice de protectie maximala de curent;

FE    - bobina franei electromagnetice;

b(l-l') - b(8-8') - contactele controlerului de comanda;

bl    - buton pentru anularea protectiei;

h    - lampa de semnalizare. Este aprinsa cand pozitia controlerului

corespunde cu viteza motorului si se stinge cand actioneaza

protectia de sarcina;

f    - sigurante fuzibile pentru protectia schemei de comanda;

a    - separator cu parghie.

Situatia elementelor schemei la aplicarea tensiunii de la retea.

Se inchide separatorul pentru aplicarea tensiunii schemei de comanda. Controlerul fiind pe pozitia zero sunt inchise contactele b(l-l') si b(8-8'). Sunt alimentate releele d1 si d2 care inchid contactele d1(2-4), d2(2-4), d2(6-8), d2(10-12) si deschid contactul d2(3-5). Se aprinde lampa de semnalizare h si schema este pregatita pentru functionare.

Functionarea. Pe pozitia 1 'VIRA' sunt inchise contactele b(l-l'), b(2-2'), b(3-3') si se deschide contactul b(8-8').

Tensiunea de alimentare a schemei de comanda se mentine prin contactul releului de tensiune minima d1(2-4). Sunt inchise circuitele de alimentare pentru contactoarele CI si C3. Contactele principale ale acestor contactoare conecteaza infasurarea comutabila cu conexiunea triunghi (2p=16) la reteaua de alimentare. Motorul porneste cu viteza minima in sensul virare a ancorei la bord.

In figura 2.21. sunt prezentate caracteristicile mecanice ale actionarii.

In pozitia 1 a controlerului corespunzatoare turatiei minime punctul de functionare se situeaza pe caracteristica mecanica 1.

In pozitia 2 'VIRA' se deschide contactul b(2-2') si se inchid contactele b(4-4') si b(6-6'). Este intrerupta alimentarea contactorului C3 si se stabileste alimentarea pentru contactoarele C4, C6 in ordinea C6, C4. Ca urmare se schimba conexiunea infasurarii comutabile din triunghi in dubla stea si corespunzator se modifica numarul de poli de la 2p = 16 la 2p = 8. Turatia motorului electric va creste de la valoarea minima la valoarea medie.

La mutarea controlerului pe pozitia 3 se deschid contactele b(l-l'), b(4-4') si se inchide contactul b(7-7')- Fiind deschis si contactul d2(3-5) se intrerupe alimentarea contactoarelor C4, C6 si este alimentat contactorul C5. Prin aceasta infasurarea comutabila este scoasa de sub tensiune si se cupleaza la retea cea de-a doua infasurare, care asigura viteza mare de functionare a motorului electric. Punctul de functionare se muta pe caracteristica mecanica 3. Pe pozitia 3 a controlerului alimentarea releului d2 este mentinuta prin propriul contact d2(10-12).

Schema fiind simetrica, functionarea pe pozitiile 'FILA' ale controlerului este identica.

Asa cum se observa din reprezentarea caracteristicilor mecanice in figura 2.21., comutarea triunghi - dubla stea utilizata pentru infasurarea comutabila asigura schimbarea turatiei de la simplu la dublu si reducerea la jumatate a cuplului, mentinandu-se constanta puterea motorului electric. Aceasta solutie este optima pentru actionarile de la bordul navei intrucat prin comutare nu se produc socuri de curent in retea. Comutarea stea - dubla stea care asigura mentinerea aproximativ constanta a cuplului si dublarea puterii nu este de preferat in conditiile in care motorul electric de actionare a cabestanului este un consumator mare de putere, iar centrala electrica de la bordul navei are putere limitata.

Din acelasi motiv infasurarea necomutabila pentru viteza mare se realizeaza pentru aceeasi putere astfel incat la comutarea treptelor de viteza puterea absorbita de motorul electric din retea ramane constanta pentru o anumita valoare a cuplului de sarcina.

Caracteristica mecanica 2 corespunzatoare vitezei medii reprezinta caracteristica de baza pentru functionarea motorului electric de actionare a cabestanului de ancora. Viteza mica se foloseste pentru pozitionarea ancorei in nara, iar viteza mare pentru ridicarea ancorei dupa smulgere.

Protectia. La functionarea motorului electric cu viteza mare in cazul aparitiei unei suprasarcini care se mentine o anumita durata, releul de sarcina d4 asigura scaderea automata a vitezei. Controlerul de comanda fiind pe pozitia 3, daca apare o suprasarcina de durata, actioneaza releul d4 si se deschide contactul d4(3-5) prin care se intrerupe alimentarea releului d2. Prin deschiderea contactului d2(6-8) se intrerupe alimentarea contactorului C5 si prin inchiderea contactului d2(3-5) se conecteaza alimentarea contactoarelor C4 si C6.

infasurarea corespunzatoare vitezei mari este scoasa de sub tensiune si se pune sub tensiune infasurarea comutabila cu conexiunea dubla stea.

Motorul electric isi va reduce automat viteza de la valoarea mare la valoarea medie. Contactul d2(2-4) se deschide si lampa de semnalizare h se stinge indicand functionarea protectiei de sarcina cat si faptul ca pozitia controlerului nu mai este in concordanta cu viteza reala a motorului electric.

Dupa trecerea a cateva zeci de secunde releul d4 isi inchide din nou contactul d4(3-5) insa circuitul releului d2 nu se restabileste intrucat pe pozitia 3 a controlerului este deschis contactul b(l-l'). Pentru conectarea din nou a infasurarii de viteza mare este necesar sa se revina cu controlerul pe pozitia 2 si dupa aceea sa se treaca pe pozitia 3. La revenirea pe pozitia 2 se inchide circuitul de alimentare al releului d2 si se aprinde lampa h indicand faptul ca pozitia controlerului este in concordanta cu viteza motorului.

Protectia maximala de curent este asigurata de releele termice el, e2, e3. La depasirea de durata peste o anumita limita a curentului nominal contactele releelor termice intrerup functionarea motorului electric prin deschiderea circuitului de alimentare a releului de tensiune minima.

Protectia la tensiune minima este asigurata de releul d 1.

In situatiile in care conditiile de exploatare impun ca necesara functionarea instalatiei chiar cu riscul de a se deteriora, schema este prevazuta cu posibilitatea de anulare a protectiei. Prin apasarea pe butonul bl este alimentat releul d3 care prin contactele d3(2-4) si d3(6-8) anuleaza protectia de sarcina si protectia maximala. Anularea protectiei dureaza cat timp se tine apasat butonul bl. Operatorul trebuie sa cunoasca ca prelungirea timpului de apasare peste o anumita limita duce la arderea motorul electric.

Schemele de comanda a actionarii cabestanului de ancora cu motoare asincrone in scurtcircuit se intrebuinteaza pentru puteri pana la 60kW. Pentru puteri mai mari, pana la l00kW, se utilizeaza motorul asincron cu rotor bobinat. La puteri mari schema de actionare necesita o cantitate sporita de aparataj electric si devine comparabila din punct de vedere al pretului de cost cu sistemul generator-motor. in aceasta situatie este de preferat sistemul generator-motor care asigura cel mai bine caracteristicile mecanice necesare pentru actionarea cabestanului de ancora, prezinta siguranta in functionare si simplitate in exploatare.

Pentru obtinerea unor caracteristici mecanice de tip 'moale' in cazul motoarelor asincrone, in paragraful 2.7. s-a prezentat solutia constructiva realizata de firma Siemens.

5. Schema electrica de comanda cu tiristoare

a actionarii cabestanului de ancora

Comanda cu tiristoare a electromotoarelor de curent continuu reprezinta una din directiile moderne importante de dezvoltare a actionarilor electrice. Prin acest sistem de comanda se obtin caracteristici mecanice asemanatoare cu cele obtinute prin sistemul generator-motor, in conditiile in care in locul grupului de masini electrice se foloseste numai motorul de executie.

Sistemele de comanda cu tiristoare se vor extinde in actionarile electrice navale in masura in care se vor rezolva urmatoarele probleme mai importante care limiteaza aplicarea lor: siguranta in functionare in conditiile de mediu de la bordul navei si eliminarea perturbatiilor asupra sistemului de radiocomunicatii al navei.

In figura 2.25. se prezinta o schema de comanda cu tiristoare a actionarii cabestanului de ancora realizata si aplicata experimental la bordul unei nave.

Motorul de executie utilizat este un motor de curent continuu cu excitatie mixta avand urmatoarele caracteristici tehnice:

P_n = 16kW; U_n = 220V; n_n = l000rot/min.

Principalele elemente ale schemei din figura 2.25. si functiunile lor in schema de comanda sunt:

m1    - transformator trifazat coborator de tensiune;

m2    - motor de curent continuu cu excitatie mixta pentru

actionarea cabestanului de ancora;

ED, ES    - infasurarile de excitatie derivatie si serie ale motorului;

m3, m4, m5    - amplificatoare magnetice pentru comanda. infasurarile amplificatoarelor magnetice sunt notate astfel:

W - infasurarea de sarcina;

W_c    - infasurarea de comanda;

W_r    - infasurarea de reactie negativa;

m6, m7, m8 - transformatoare pentru alimentarea

generatoarelor de relaxare;

GR    - generator de relaxare pentru distribuirea impulsurilor pozitive

de comanda a tiristoarelor.

In absenta semnalului de comanda aplicat infasurarii W_c, reactanta infasurarii de sarcina W~. este maxima. Ca urmare, amplitudinea curentului prin infasurarea Wl este minima si unghiul a de comanda a tiristoarelor are valoarea maxima ceea ce corespunde valorii minime a tensiunii aplicate motorului de executie.

Odata cu aplicarea semnalului de comanda in infasurarea W_c, in masura in care creste semnalul de comanda se reduce inductanta infasurarii W~ si creste amplitudinea curentului prin infasurarea W1. Prin aceasta se obtine micsorarea unghiului a si cresterea tensiunii aplicate motorului corespunzator expresiei:

In care U_d =l,35U_Iinie reprezinta tensiunea maxima data de redresorul comandat pentru a = 0.

In fiecare generator de relaxare tensiunea din infasurarea secundara W2 se aplica condensatorului de acumulare C1. Timpul de incarcare al condensatorului se regleaza cu rezistenta Rl. Cand condensatorul s-a incarcat pana la valoarea pragului de deschidere a tiristorului ti acesta se deschide si condensatorul se descarca pe infasurarea primara a transformatorului de impuls W3.

m9, ml0, ml 1 - transformatoare de impuls; la aplicarea impulsului pe infasurarea primara W3, din infasurarea secundara W4, se obtine impulsul de deschidere a tiristoarelor de putere t2;

n2    - redresor comandat de putere pentru alimentarea

motorului de executie;

n3, n4    - redresoare in punte pentru redresarea tensiunii de comanda

a amplificatoarelor magnetice si pentru alimentarea

schemei de comanda;

m13    - selsin de comanda conectat pentru functionarea ca selsin transformator. Prin mutarea manetei de comanda pe pozitiile de la 1 la 10 tensiunea de iesire a selsinului creste liniar. Aceasta tensiune este redresata de puntea redresoare n3 si se aplica infasurarii de comanda W_c a amplificatorului magnetic. La cresterea tensiunii de comanda U_c se reduce inductanta infasurarii W_, creste amplitudinea curentului prin infasurarea Wl si se micsoreaza unghiul a de deschidere a tiristoarelor. Ca urmare, creste tensiunea aplicata motorului de executie avand ca rezultat cresterea turatiei acestuia. Prin acest procedeu reglarea tensiunii aplicate motorului se face in limitele 1:25.

St    - stabilitron. Este montat pe circuitul infasurarii de reactie negativa W_r, a amplificatorului magnetic si are rolul de a limita curentul prin indusul motorului de curent continuu.

La suprasarcini I_s = l,75I_n stabilitronul se strapunge si se aplica pe infasurarea de reactie negativa W_r un semnal proportional cu valoarea curentului de sarcina care creaza un flux de sens opus fluxului dat de infasurarea de comanda obtinandu-se scaderea brusca a tensiunii aplicata motorului de executie si ca urmare, limitarea curentului prin indusul acestuia, inclinarea pantei cazatoare a caracteristicii mecanice poate fi reglata cu rezistenta R4.

Tensiunea pe circuitul legaturii inverse, de reactie negativa, se obtine de la bornele suntului R3 si este proportionala cu valoarea curentului de sarcina.

C1, C2 - contactoare pentru cuplarea motorului

si inversarea sensului de rotatie;

C3    - contactor pentru alimentarea bobinei franei electromagnetice FE;

b(l-l') - b(5-5')- contactele controlerului de comanda;

al, a2    - intrerupatoare automate pentru protectia transformatorului

m1 si a motorului m2.

Functionarea. in pozitia zero a controlerului schema este deconectata. Motorul de executie m2 este in repaus si are axul franat de frana mecanica.

Pe pozitia 1 'VIRA' se inchid contactele b(l-l'), b(2-2') si b(3-3'). Sunt alimentate selsinul de comanda, releul de tensiune minima d care inchide contactul d(2-4) si contactorul C3 care realizeaza circuitul de alimentare al bobinei franei electromagnetice. Este de asemenea alimentata infasurarea derivatie a motorului. Motorul se afla in repaus si este conectat pentru regimul de franare dinamica.

Pe pozitia 2 'VIRA' se inchide in plus contactul b(4-4') si este alimentat contactorul C2. Indusul motorului este conectat la tensiune minima si viteza motorului este minima.

in pozitiile de la 3 la 10 tensiunea de iesire a selsinului de comanda creste liniar si se obtine in final cresterea turatiei motorului de executie.

Schema este simetrica, functionarea pe pozitiile 'FILA' fiind aceeasi.

Caracteristicile mecanice ale actionarii cu tiristoare sunt asemanatoare cu caracteristicile mecanice ale actionarii prin sistemul generator-motor reprezentate in figura 2.14.