/
Автор: Айзенштадт Е.Б.
Теги: техника средств транспорта электроэнергетика электротехника судостроение
Год: 1985
Текст
ГРЕБНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
СУДОСТРОЕНИЕ
Евгений Борисович Айзенштадт
Юрий Матвеевич Гилерович
Борис Александрович Горбунов
Владимир Васильевич Сержантов
ГРЕБНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
Справочник
1аведующий редакцией А. Д. Старков
Редактор Н. М. Розенгауз
Художественный редактор О. П. Андреев
Технический редактор О. Ю. Войн»
орректоры С. Н. Маковская, В. Ю. Самохин»,
Е. П. Смирнов»
Оформление художника Ю. Б. Осенчакова
ИБ № 921
ГГ°Дписано в псчать4.02.85. М-30
Заказало* ТНая'^сл-печ. л. 19,о.УСл °РМат издания 60 х 90/16. Бумага офсетная N* Т
860 • Изд- N" 3870-83. Цена 1 р₽4о” *9’38' Уч 'изд’ л’ 26»9’ Тираж 3500 экэ •
..Судос^оенне., 191' _
Москп * енинград> ул- Гоголя, 8.
Московская типография
Москва П° Делам издательств 3”°ЛИГра^>пРО1ма при Государственном к°‘
ск»а, Волочаевская ул„ 40> ЬСтв’ лолиграфии и книжной тор;овли> 1О9033
ГРЕБНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
Справочник
Ленинград
„Судостроение "
1985
ББК 31.291
Г79
УДК 629.12.03—83(031)
Авторы: Е. Б. Айзенштадт, Ю. М. Гилерович, Б. А. Горбунов,
В. В. Сержантов
Рецензенты: канд. техн, наук А. Е. Козярук, канд. техн, наук Е. А. Шеинцев
Гребные электрические установки: Справочник/Е. Б. Айзенштадт,
Г79 Ю. М. Гилерович, Б. А. Горбунов, В. В. Сержантов. — 2-е изд., перераб.
и доп. - Л.: Судостроение, 1985. — 304 с., ил.
ИСБН
В книге собраны сведения о гребных электрических установках (ГЭУ) су-
дов отечественной и зарубежной постройки, режимах их работы, характеристи-
ках гребных винтов и первичных двигателей. Даны примеры расчета характе-
ристик ГЭУ и перспективы их развития в ближайшем будущем. По сравнению с
первым изданием (1975 г.) справочник в большей степени имеет практическую
направленность.
Справочник предназначен для специалистов по проектированию судов
с электродвижением.
3605030000- 013
Г---------------------31 -85
048(011-85
ББК 31.291
© Издательство „Судостроение”, 1975 г.
© Издательство „Судостроение”, 1985 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с планами развития народного хозяйства СССР* продолжает
развиваться морской флот нашей страны, который за последнее время пополнился
судами, оборудованными гребными электрическими установками (ГЭУ). Примене-
ние ГЭУ позволяет оборудовать суда электроэнергетическими установками с еди-
ными генераторами для питания гребных электродвигателей, судовых и производ-
ственных механизмов. Это обстоятельство способствовало широкому распростра-
нению ГЭУ, которые помимо традиционного использования на судах ледового
плавания, буксирах и паромах получили также широкое применение на рыбопро-
мысловых и исследовательских судах, буровых платформах, плавкранах и др.
Расширению внедрения ГЭУ способствовали также достижения в области полупро-
водниковой техники и электромашиностроения, позволяющие совершенствовать
существующие ГЭУ и перейти к внедрению нового типа ГЭУ — ГЭУ переменного
тока с преобразователями частоты.
К настоящему времени накоплен большой опыт по эксплуатации и проектиро-
ванию различных судов с ГЭУ переменно-постоянного тока с силовыми управляе-
мыми и неуправляемыми выпрямителями в главных цепях. Этот опыт, а также
основные направления развития ГЭУ на ближайшую перспективу должны учитывать-
ся на самых ранних стадиях создания судна с целью своевременной выдачи техни-
ческих заданий на разработку составляющих элементов ГЭУ.
С учетом вышеизложенного произведена существенная переработка первого
издания справочника. Во втором издании уточнены требования и рекомендации
по выбору электрооборудования ГЭУ судов различного назначения, дан новый
материал по ГЭУ судов отечественной и иностранной построек. Рассмотрены ГЭУ
атомного ледокола „Леонид Брежнев", мощных дизель-электрических ледоколов
типа „Ермак”, портовых ледоколов типа „Капитан Измайлов", имеющих единую
электроэнергетическую установку, генераторы которой питают как гребные электро-
двигатели, так и судовые потребители. Приведены сведения по ГЭУ, построенным
или спроектированным в последнее время за рубежом.
Материал глав 1, 6, 7 в основном оставлен без изменений, однако при его кор-
ректировке внесены сведения, полученные в результате опыта проектирования
и эксплуатации судов. Уточнены режимы взаимодействия гребного винта со льдом,
указаны требования новых Правил регистра СССР, добавлены материалы по схе-
мам водяного охлаждения электрооборудования, наладке ГЭУ переменно-постоян-
ного тока, преобразователям частоты, а также элементам, применяемым в щитах
и пультах электродвижения.
Проанализированы тенденции развития перспективных ГЭУ.
Второе издание справочника, как и первое, базируется на широко известных
трудах по теории электродвижения, материалах, опубликованных в отечественных
и иностранных изданиях, а также на практическом опыте авторов по проектирова-
нию и сдаче электроходов.
Все замечания и пожелания по справочнику следует направлять в издательство
„Судостроение” по адресу: 191065, Ленинград, ул. Гоголя, 8.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А, АВГ, АВД автоматический выключатель, автоматичес- кие выключатели возбуждения генератора и двигателя
АБ АИ АИТ АОМ АПЛУ БВР, БП, БДЗГ, БДЗД, БЗВ, БЗП, БОМ, БОТ, БОЧ аккумуляторная батарея автономный инвертор — автономный инвертор тока — аварийный ограничитель мощности - атомная паропроизводящая установка - блоки: выбора режимов, произведений, дифференциальной защиты генератора и двигателя, защиты возбудителя, защиты от перенапряжения, ограничения мощности (момента), ограничения тока, ограничения частоты
БЗК ВБД, ВГ, ВД, ВК, ВС, ВП,ВТ,ВЦУ - быстрозапорный клапан выключатели: блокировки дверей, генера- тора, двигателя, конечный, секционный, питания, тропический, цепей управления
ВГ,ВД вдг ВПУ ВР ВРШ ВТр ВУ ВФШ ВЯН, вяк г ГА гдг гм ГРЩ ГТ гтг ГТР ГТУ гэд ГЭУ Дв двд возбудители: генератора, двигателя - вспомогательный дизель-генератор — валоповоротное устройство — ветровое реле - винт регулируемого шага — вращающийся трансформатор - выпрямительная установка — винт фиксированного шага возбудители якорей: носового, кормового — генератор - генераторный автомат - главный дизель-геиератор - гидравлическая муфта - главный распределительный щит главная турбина — главный турбогенератор — гидротрансформатор - газотурбинная установка - гребной электродвигатель - гребная электрическая установка - движитель — дифференциальная обмотка возбудителя двигателя
ДГ ДН, ДР, дт, дтв - дизель-генератор - датчики: напряжения, расхода, тока, тока
дп возбуждения диаметральная плоскость; дополнительные полюса
ДРА Др ДЭГУ ЕЭС - дизель-редукторный агрегат - дроссель - дизель-электрическая гребная установка - единая электростанция
4
Зв ЗИ зм и ип иен кв,квг,квд,кгц, КЗ.КЗК, КЗН, КР - звонок - зависимый инвертор - задатчик мощности - контакт избирательного переключателя - импульсный преобразователь - источник стабилизированного напряжения - контакторы: возбуждения, возбуждения генератора, возбуждения двигателя, глав- ной цепи, защиты, защиты кормового кон- тура, защиты носового контура, реверсив- ный
кни км ко КП КПЗв, КПП, КПТр - коэффициент нелинейных искажений — корректор мощности - компенсационная обмотка — кормовой пост — кнопки проверки: звонка, ламп, трещот- ки
кезе ксс КУ кэ лз,лж,лк,лс — кнопка съема звукового сигнала - кнопка съема сигнала - ключ управления - качество электроэнергии — лампы: зеленая, желтая, красная, сигналь- ная
лк, лн мгдг МП МПУ мт МУ нпч ОАСПМУ, ОЗ, ОНВ, ОР, ОС, осв, осм, ост, ОТ, ОШ, ОУ, ОУУГ, ОУУД - левый кормовой, левый носовой - магнитогазодииамический генератор — электрическая машина постоянного тока - местный пост управления - машинный телеграф - магнитный усилитель - непосредственный преобразователь частоты - обмотки: автоматического Смещения про- межуточного магнитного усилителя, задаю- щая, независимого возбуждения, размагни- чивающая, стабилизирующая, самовозбуж- дения, смещения, обратной связи по току, токовая, шунтовая, управления, управления усилителя генератора, управления усили-
овв, оввг, овв д, овг, ОВД, ОВД теля двигателя - обмотки возбуждения: возбудителя, возбу- дителя генератора, возбудителя двигателя, генератора, двигателя, якоря
ом п, пг пд ПМУ — ограничитель мощности — переключатель, переключатель генератора — первичный двигатель - промежуточный магнитный усилитель, пере- ключатель мест управления
пп ППУ ПР ПТУ ПУ, ПДУ — полупроводниковый преобразователь — паропроизводящая установка - переключающий разъединитель — паротурбинная установка - посты: управления, дистанционного управ- ления
пч пчт - преобразователь частоты — преобразователь частоты со звеном по- стоянного тока
пэд р — пульт электродвижения — разъединитель, регулятор, редуктор, реле
5
РА, РД, РЗ, РЗв, РМ, РМД, РКН, РКС, PH, РП, — реле:аварийное, давления, защиты, вклю- чения звонка, максимальное, минимального
РПЗв, РПЛ, РПТр, PC, РСА, ГСП, РСС, РТр, РУ, РЦ РВГ, РВД, РВТГ, давления, контроля напряжения, контроля скорости, напряжения, перегрузки и пере- напряжения, проверки звонка, проверки ламп, проверки трещотки, сигнализации, сигнализации аварийной, сигнализации пре- дупредительной, съема сигнала, включения трещотки, ускорения, центробежное регуляторы возбуждения: генератора, дви-
РВШГ РДА — гателя, токовой обмотки, шунтовой расцепитель дистанционный автомата
PH, РЧ — регуляторы: напряжения, частоты
РО — расцепитель отключающий
РСТ — регулятор стабилизированного тока
САР — система автоматического регулирования
СГ — синхронный генератор
СД, СР, СУ, СУМ — сопротивления: дополнительное, разрядное,
СИФУ — установочное, установочное механика система импульсно-фазового управления
СПЧ — статический преобразователь частоты
СТН, СТТ — стабилизирующие трансформаторы: напря-
Тр — жения, тока трансформатор; трещотка
тг — тахогенератор; турбогенератор
тн,тпт — трансформаторы: напряжения, постоянного
ТР — тока токовое реле
тэ — топливный элемент
ТЭГУ — турбоэлектрическая гребная установка
тэмг — термоэмиссионный генератор
У — усилитель
УГ.УД — усилители: генератора, двигателя
УВ — управляемый выпрямитель
УР — уравнительный реактор
ХР — ходовая рубка
ЦПУ — центральный пост управления
ЧИР — частотно-импульсное регулирование
ш — шунт
ШИМ — широтно-импульсная модуляция
ШИР — широтно-импульсное регулирование
шэд — щит электродвижения
ЩС — шит сигнализации
ЭМУ — электромашинный усилитель
эсн, эск — электростанции: носовая, кормовая
ээс — электроэнергетическая система
я — якорь электрической машины
яг, яд — якоря: генератора, двигателя
ян, як — якоря: носовой, кормовой
Глава!
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРЕБНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
§ 1.1. Основные понятия
1. 1.1. Состав ГЭУ. Движение судна осуществляется с помощью гребной уста-
новки, основными элементами которой являются: первичный двигатель (источник
механической энергии вращения), передаточное устройство (передача) и судовой
движитель. Чаще всего в качестве источников энергии используются двигатели
внутреннего сгорания, паровыеигазовыетурбины.ав качестве судовых движителей —
гребные винты и крыльчатые колеса. Передаточное устройство может быть механи-
ческим (рис. 1.1.1, а и б), гидравлическим (рис. 1.1.1, в и г) и электрическим
(рис. 1.1.1,д).
Первичный двигатель ПД, обычно называемый главным судовым двигателем,
при механической передаче соединяется с движителем Дв валопроводом либо не-
посредственно (рис. 1.1.1, л), либо через редуктор Р (рис. 1.1.1, б), а при гидравли-
ческой передаче — через редуктор и гидравлическую муфту ГМ (рис. 1.1.1, в) или
гидротрансформатор 1ТР (рис. 1.1.1, г). Главные двигатели в указанных случаях
связаны с валопроводами, что накладывает ограничения иа размещение основных
элементов механической установки и другого оборудования на судне.
При электрической передаче (рис. 1.1.1, д) движитель приводится во вращение
с помощью валопровода гребным электродвигателем ГЭД, который получает пита-
ние через щит электродвижения ЩЭД от генератора Г, приводимого во вращение
первичным двигателем. В этом случае валопровод соединен только с гребным элек-
тродвигателем, что позволяет размещать основные элементы механической установ-
ки и другое оборудование более рационально. Гребная установка, в которой движи-
тель приводится во вращение электродвигателем, называется гребной электричес-
кой установкой (ГЭУ). В литературе и технической документации встречаются
и другие названия ГЭУ: ^электрический привод гребных винтов”, „гребной электро-
привод”, „система электродвижения”. На практике под системой электродвижения
обычно подразумевают только электрическую часть ГЭУ (генераторы, гребные
электродвигатели, преобразователи, пульты, посты управления) без первичных
двигателей и движителей с валопроводами.
Применение ГЭУ признано наиболее целесообразным для ледоколов, судов
ледового плавания, буксиров, землечерпалок, плавкранов. В последние годы в свя-
зи с достижениями в электромашиностроении и полупроводниковой технике ГЭУ
приобрели ряд новых качеств и стали более широко применяться для других типов
судов различного назначения.
1. 1.2. Преимущества и недостатки ГЭУ. Гребным электрическим установкам
присущи следующие достоинства [43,48,49]:
1) отсутствие жесткой механической связи гребного винта с первичным двига-
телем, определяющее более свободную компоновку оборудования ГЭУ на судне
и уменьшение длины валопроводов;
2) возможность применения в ГЭУ быстроходных нереверсивных первичных
двигателей, что снижает массу. первичных двигателей и сокращает необходимую
для их размещения площадь;
3) возможность плавного регулирования и широкий диапазон изменения часто-
ты вращения винта;
4) высокая экономичность на малых и средних ходах благодаря возможности
остановки части первичных двигателей или работы их на пониженной частоте враще-
я«;
7
Рис 1 1.1 Схемы передачи энергии
от первичного двигателя к движи-
телю.
5) возможность дробления (разделения) полной мощности на несколько час-
тей — мощностей отдельных первичных двигателей н возможность работы каждого
первичного двигателя на несколько винтов, что повышает живучесть и гибкость
установки, обеспечивает поагрегатный ремонт;
6) возможность эффективного использования объема машинных отделений
и помещений в кормовой части судна за счет создания генераторов и ГЭД большей
длины при меньшем диаметре или меньшей длины при большем диаметре;
7) возможность применения гребного винта с оптимальными характеристи-
ками и использования полной мощности первичных двигателей во всех режимах ра-
боты судна;
8) обеспечение высоких маневренных качеств судна за счет получения необхо-
димых механических характеристик ГЭД, быстрых изменений частоты и направления
вращения гребных винтов;
9) возможность более широкой автоматизации электрических систем и ди-
станционного управления ими по сравнению с механическими;
10) возможность использования генераторов ГЭУ для питания судовых электри-
фицированных механизмов.
К недостаткам ГЭУ можно отнести:
1) несколько худшие по сравнению с гребной установкой с механической
передачей массогабаритные показатели и более высокую первоначальную стоимость,
что определяется дополнительным двойным преобразованием энергии (механичес-
кой в электрическую и электрической в механическую);
2) меньший КПД (КПД ГЭУ 86-92%, а гребной установки с механической
передачей 95-98%);
3) увеличение численности обслуживающего персонала за счет специалистов-
электромехаников.
С учетом перечисленных достоинств и недостатков применение ГЭУ целесооб-
разно в тех случаях, когда должны обеспечиваться определенные механические
характеристики, частые и быстрые реверсы винтов, высокая надежность при работе в
тяжелых условиях плавания, устойчивая работа в условиях вибрации и ударных
сотрясений, а также в случае использования генераторов ГЭУ для питания вспомо-
гательных и производственных механизмов.
1.1.3. Классификация ГЭУ. Установившейся и общепризнанной классификации
ГЭУ нет, поскольку характерные свойства установок разных типов не исключают
друг друга и могут сочетаться в разных комбинациях, обеспечивая удовлетворение
требований, предъявляемых к гребной установке конкретного судна. Существующие
ГЭУ различаются по назначению роду тока и типу первичного двигателя.
По назначению ГЭУ разделяются на главные, вспомогательные и комби-
нированные.
Главные ГЭУ предназначены только для привода движителей; генераторы та-
ких установок (главные генераторы) служат для питания гребных электродвигате-
8
лей. Однако в главных ГЭУ не исключается возможность отбора мощности, т. е.
использования части мощности главных генераторов для питания потребителей
общесудовой сети.
Вспомогательные ГЭУ применяются на судах и плавсредствах (кранах, земсна-
рядах, платформах и т. п.), для которых основными являются производственные
механизмы. Электроэнергетическая установка выбирается .прежде всего с учетом
необходимости обеспечения питанием электроприводов эт*й5< механизмов, а ГЭУ
имеет вспомогательное значение В режимах движения гребной электродвигатель
(ГЭД) получает питание от главных генераторов.
Вспомогательными ГЭУ иногда называют подруливающие и другие установки,
которые устанавливаются дополнительно к главной ГЭУ для повышения маневрен-
ности и обеспечения малых ходов судна.
Комбинированные ГЭУ сочетают два способа передачи мощности движителю:
механический и электрический. Как правило, основной является механическая (или
гидравлическая) передача от главного двигателя к движителю. Гребной вал соеди-
няется также с ГЭД, который получает питание от вспомогательных генераторов. Та-
кая электрическая передача обеспечивает получение малых.скоростей хода при рабо-
те ГЭД или форсирование мощности на движителе при одновременной работе на греб-
ной вал главного двигателя и ГЭД. В установившихся режимах движения судна ГЭД
может работать в качестве валогенератора для питания судовых потребителей
По роду тока главной цепи различают ГЭУ постоянного, переменно-
го, переменно-постоянного тока и переменного тока с преобразователями частоты
(ПЧ).
ГЭУ постоянного тока имеют в своем составе генераторы и ГЭД постоянного
тока, которые обычно соединяются по схеме генератор—двигатель (Г-Д). Такие
ГЭУ применяют на судах с тяжелыми условиями плавания, где необходимы частые
и быстрые реверсы и плавное изменение скорости в широком диапазоне, а также
возможны частые и глубокие изменения момента сопротивления (на ледоколах,
транспортных судах ледового плавания, буксирах и т. п.).
Управление частотой вращения ГЭД может осуществляться изменением напря-
жения генераторов при неизменном потоке возбуждения ГЭД либо изменением и
напряжения генераторов, и потока возбуждения ГЭД. Реверс ГЭД производится
изменением полярности его потока возбуждения либо потока возбуждения генера-
торов.
В ГЭУ переменного тока используются синхронные генераторы и ГЭД перемен-
ного тока (синхронные или асинхронные), которые соединяются обычно по схеме
Г-Д. Эти установки применях^тся' на судах, не требующих частых реверсов гребного
винта, плавного изменения скорости хода в широком диапазоне и специальных
характеристик электропривода движителя (на транспортных, пассажирских, реф-
рижераторных и рыбоконсервных судах, для которых большое значение имеет
экономичность ГЭУ).
Управление частотой вращения ГЭД может осуществляться переключением
числа полюсов, изменением частоты подводимого к статору напряжения или кас-
кадным соединением ГЭД, имеющего фазный ротор, с электрическими машинами
или статическими полупроводниковыми преобразователями. Если регулирование
частоты питающего напряжения производится изменением частоты вращения первич-
ного двигателя, последний должен иметь специальный регулятор, обеспечивающий
регулирование в необходимом диапазоне. В случае использования асинхронно-вен-
тильных каскадов плавное регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется
при неизменной частоте вращения первичного двигателя и его система управления
может быть значительно упрощена. Реверс ГЭД производится изменением порядка
следования фаз в цепи главного тока специальными или бесконтактными переклю-
чателями-реверсорами.
В ГЭУ переменно-постоянного тока (иногда встречается название „ГЭУ двой-
ного рода тока”) применяются генераторы переменного тока, от которых через
неуправляемые или управляемые силовые полупроводниковые выпрямители пита-
ются ГЭД постоянного тока. Электрические машины и выпрямитель соединяются
по схеме генератор—выпрямитель-двигатель (Г-В-Д). ГЭУ по схеме Г-В-Д мо-
гут применяться на тех же судах, что и ГЭУ постоянного тока по схеме Г-Д
9
ГЭУ переменно-постоянного тока обладают характеристиками, аналогичными
характеристикам ГЭУ постоянного тока, и имеют.в сравнении с этими ГЭУ ряд сущест-
венных преимуществ, основными из которых являются:
1) повышение общего КПД и надежности ГЭУ, так как у генераторов переменного
тока вместе с выпрямителями КПД и надежность выше, чем у генераторов постоянного
тока;
2) возможность применения быстроходного генератора и соединения его с первич-
ным двигателем непосредственно без редуктора;
3) улучшение динамических характеристик в режимах реверсов и взаимодействий
винтов со льдом благодаря сильной внутренней обратной связи — реакции статора
синхронного генератора;
4) уменьшение массогабаритных характеристик дизель- или турбогенераторных
агрегатов;
5) возможность использования генераторов для питания судовых потребителей
в различных режимах работы судна.
Основным недостатком ГЭУ переменно-постоянного тока является наличие ГЭД
постоянного тока, которые весьма трудоемки в обслуживании и имеют ограничения
по значению напряжения главной цепи.
Управление частотой вращения ГЭД осуществляется изменением напряжения
генераторов (в случае неуправляемых выпрямителей) или регулированием напряжения
на выходе управляемого выпрямителя при неизменном значении напряжения генерато-
ров; возбуждение ГЭД при этом может быть неизменным или регулируемым. Реверс
ГЭД производится изменением направления его тока возбуждения.
В результате развития полупроводниковой техники появилась возможность созда-
ния ГЭУ переменного тока с преобразователями частоты (ПЧ), которые имеют тре-
буемые характеристики и обладают большей надежностью и живучестью, чем ГЭУ
постоянного и переменно-постоянного тока. Эти важные достоинства получены главным
образом благодаря применению ГЭД переменного тока, имеющего по сравнению с ГЭД
постоянного тока более простую и надежную конструкцию. Электрические машины
и преобразователи частоты соединяются по схеме Г-ПЧ—Д. Управление частотой враще-
ния ГЭД и его реверсирование осуществляются изменением частоты тока, напряжения
и порядка следования фаз с помощью ПЧ.
В динамических режимах можно осуществлять торможение ГЭД с рекуперацией
энергии на первичные двигатели, а также использовать потери в синхронном генераторе
с целью сокращения времени реверса винтов.
При выборе рода тока необходимо учитывать, что ГЭУ постоянного, переменно-
постоянного и переменного тока с ПЧ обеспечивают более высокий вращающий мо-
мент на винте, чем обычные ГЭУ переменного тока, и не имеют постоянного соотноше-
ния между частотами вращения гребного винта и первичного двигателя. Преимущества
использования переменного тока сказываются в установках большой мощности с высо-
кооборотными первичными двигателями. Применение регулируемых силовых полу-
проводниковых преобразователей в ГЭУ переменно-постоянного или переменного тока
позволяет приблизить характеристики электропривода гребного винта к характеристи-
кам схемы Г-Д постоянного тока и осуществлять управление при неизменных частоте
и напряжении главных генераторов, что создает принципиальную возможность отбора
мощности для питания потребителей общесудовой сети.
По типу первичного двигателя ГЭУ разделяются на дизель-электри-
ческие (ДЭГУ) и турбоэлектрические (ТЭГУ).
В дизель-электрических гребных установках первичными двигателями служат ди-
зели, имеющие самый высокий КПД среди тепловых двигателей. Обычно используются
высокооборотные дизели с частотой вращения 700-1000 об/мин, имеющие мощность в
агрегате до 8000 л. с, (5880 кВт). С увеличением частоты вращения дизеля его моторе-
сурс значительно сокращается, поэтому дизели с частотой вращения выше 1000 об/мин
в ДЭГУ, как правило, не применяются, хотя агрегаты с такими дизелями и имеют
лучшие массогабаритные характеристики. Ресурс до капитального ремонта составля-
ет 10-30 тыс. ч. Низкооборотные дизели (с частотой вращения менее 400 об/мин) име-
ют значительно больший ресурс работы, но их применение приводит к увеличению
массогабаритных характеристик диэсль-генераторного агрегата. Поскольку реверс
Таблица 1.1.1. Качественное сравнение показателей ТЭГУ и ДЭГУ
мощностью до 10 000 кВт и свыше 20 000 кВт
Лучшие показатели До 10 000 кВт Свыше 20 000 кВт
ТЭГУ ДЭГУ ТЭГУ ДЭГУ
Меньшая масса установки — + +
Большая компактность — + + —
Меньшая стоимость — + + —
Более высокий КПД — + — +
Большая долговечность + — + —
Меньшее количество вспо- могательных механизмов — + — +
Большая живучесть (гиб- кость схемы) — + — +
Меньшее количество об- служивающего персонала — + — +
Больший выбор и мень- шая стоимость топлива + — + —
Общее количество лучших показателей 2 7 5 4
Примечание. Знаком „+” отмечена установка, обладающая лучшим показа-
телем.
гребного винта в ГЭУ осуществляется электрической схемой, используются нереверсив-
ные дизели.
В качестве первичных двигателей дизели могут быть применены в ГЭУ постоян-
ного, переменного и переменно-постоянного тока. Однако необходимо учитывать,
что применение их для привода генераторов переменного тока не позволяет полностыо
использовать возможности машин переменного тока, в которых практически отсутст-
вуют ограничения по мощности и частоте вращения.
В турбоалектрических гребных установках первичным двигателем служит турби-
на - паровая или газовая (в последнем случае гребная установка часто называется
газотурбоэлектрической). Обычно используются турбины с частотой вращения 3000-
6000 об/мин. Единичная мощность турбогенератора значительно выше, чем у диэель-
генератора, и может достигать 40 000-60 000 кВт. КПД паровых турбин (с учетом
котельной установки) значительно ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания. Газо-
вые турбины в сравнении с паровыми имеют ряд преимуществ: меньший габарит,
больший КПД большая экономичность; отпадает необходимость применения котель-
ной установки. Турбины, применяемые в ГЭУ, так же как и дизели, нереверсивные.
Наиболее целесообразно применять турбины в ГЭУ переменного или переменно-
постоянного тока - в этом случае полностыо используются возможности высокообо-
ротных генераторов переменного тока.
Выбор первичного двигателя производится при проектировании конкретного
судна в результате сравнения ряда показателей: мощности установки, КПД, массы,
необходимой живучести, автономности и т. п. — с учетом требований, предъявляемых
к судну. Качественное сравнение ТЭГУ и ДЭГУ малой и большой мощности по лучшим
показателям представлено в табл. 1.1.1. В общем случае для ГЭУ малой мощности
целесообразнее применять дизели, для ГЭУ большой мощности — турбины.
11
§. 1.2. СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.2.1. Сопротивление движению судна. При движении корпус судна испытывает
сопротивление силой R, которая слагается из сил сопротивления трения Rf, вихре-
вого сопротивления Re, волнового сопротивления Rwm воздушного сопротивления
RB. Первые три слагаемых обусловлены вязкостью воды и зависят от скорости суд-
на, плотности воды и площади смоченной поверхности корпуса.
Сопротивление трения обусловлено трением корпуса судна о воду.
Вихревое сопротивление (сопротивление формы) вызвано образованием вихрей
в пограничном слое воды.из-за изменения относительной скорости частиц воды по
длине корпуса (их относительная скорость у миделя выше, чем в оконечностях).
Волновое сопротивление обусловлено тем, что при движении судно образует
волны, на создание которых расходуется энергия.
Воздушное сопротивление создается тормозящим действием воздушного пото-
ка, обтекающего надводную часть судна, и зависит от скорости ветра и площади
парусной поверхности надводной части судна.
Полное, или буксировочное , сопротивление движению судна
R -Rf + Re + Rw+ RB.
Для тихоходных судов (12-13 уз) отдельные слагаемые составляют ( в долях
от полного сопротивления) Rr = 0,7<-0,75; Re = 0,15 -г0,2; 7?h>=0,05 <-0,1; Rb =
=0,01 <0,02; для быстроходных судов (25 —27 уз) Rf =0,45 <-0,5; Re =0,1 <-0,15;
Rw= 0,25 + 0,35; RB =0,02 <-0,03.
1.2.2. Движители. Назначением движителя является создание за счет энергии
первичного двигателя силы тяги (упора винта), которая приложена к корпусу суд-
на и вызывает его движение [23].
На большинстве современных судов с ГЭУ применяются лопастные вращающие-
ся гидравлические движители реактивного типа — крыльчатые движители и греб-
ные винты. Сила тяги у иих создается лопастями, которые при вращении движителя
отбрасывают массы воды в сторону, противоположную движению судна, и передают
реакцию этих масс упорному подшипнику.
Лопастные движители различаются расположением оси вращения относительно
диаметральной плоскости (ДП) судна, а также формой, расположением и количест-
вом лопастей.
Крыльчатый движитель (рис. 1.2.1, а) вращается вокруг вертикальной оси и
представляет собой горизонтальный диск, по окружности которого располагаются
три—семь вертикальных лопастей. При вращении движителя лопасти специальным
приводом разворачиваются вокруг своих вертикальных осей так, чтобы все лопасТи
создавали суммарную тягу, направленную в сторону движения судна. КПД крыль-
чатого движителя 55-70%.
Гребной винт (рис. 1.2.1, б) вращается вокруг горизонтальной оси, располо-
женной вдоль ДП, и состоит из двух—шести лопастей, размещенных по окружности
ступицы (основания) винта. У гребных винтов фиксированного шага (ВФШ) лопас-
ти неподвижны относительно ступицы. У винтов регулируемого шага (ВИП) лопас-
ти поворачиваются специальным приводом вокруг радиальных осей; угол поворота
их определяется требуемой скоростью и направлением движения судна. КПД греб-
ного винта 60—75%.
Рис. 1.2.1. Расположение лопастных
гидравлических движителей
По сравнению с другими движителями гребной винт имеет меньший габарит,
более высокий КПД и может применяться при значительной мощности гребной ус-
тановки. Поэтому на большинстве судов в качестве движителей применяются греб-
ные винты.
1.2.3. Сведения о работе гребного винта. Рассмотрим работу изолиро-
ванного гребного винта в свободной воде. Если гребной винт рассечь
соосным с ним цилиндром с радиусом г , получим сечение лопасти /—/ (рис. 1.2.2, в).
Стенка лопасти, обращенная в нос судна, называется засасывающей (2), обращен-
ная в корму - нагнетающей (2) - Сечение I I образует с основанием цилиндра шаго-
вый угол V. При вращении без проскальзывания каждая точка этого сечения за один
оборот винта опишет на поверхности цилиндра винтовую линию и переместится
в осевом направлении на геометрический шаг винтовой линии Н. Развернув винто-
вую линию на плоскость (рис. 1.2.2, 6}, получим шаговый треугольник OCD с осно-
ванием OD = 2тгг и высотой DC — Н. При вращении винта в воде имеет место сколь-
жение, которое является необходимым условием работы — за один оборот винт
проходит в осевом направлении расстояние Лв, называемое поступью (йв<Я).
Относительное скольжение
Рис. 1.2.2. К пояснению действия сил на винте в разных режимах.
13
Осевая скорость перемещения винта в жидкой среде
относительная поступь
где лв — частота вращения винта; Од — диаметр винта.
Угол СОЕ между набегающим потоком и элементом лопасти (направлением
геометрической винтовой линии) называется углом атаки а^. Профили сечений ло-
пасти построены так, что при обтекании их потоком под углом атаки ajt иа нагнетаю-
щей стенке возникает повышенное давление, а на засасывающей — пониженное.
Равнодействующая этих сил для каждого участка лопасти создает элементарную
подъемную силу Д У, перпендикулярную к направлению набегающего потока. Сече-
ние лопасти оказывает обтекающему ее потоку профильное сопротивление ДХ
Каждая из сил ДУ и ДХ раскладывается на две взаимно перпендикулярные
составляющие, одна из которых совпадает с направлением движения винта (ДРу и
Д/>х) •а Другая противоположна направлению вращения винта (Д Су и А Ох)- Сумма
сил Ь.Ру и Д/’х является упором, а сумма сил ДСу и ДСх~ силой сопротивления
вращению элемента гребного винта. Сумма элементарных сил для всех сечений
лопастей гребного винта с учетом плеча приложения сил равна соответственно упору
гребного винта Р и моменту сопротивления вращению гребного винта М^. Эти вели-
чины зависят от плотности воды р, частоты вращения винта лв и его диаметра £>в:
Р=К,рпЩ-, (1.2.1У
где К, и К, - соответственно безразмерные коэффициенты упора и момента, зави-
сящие от конструктивного исполнения и геометрических размеров винта.
КПД гребного винта Д, - отношение полезной мощности (произведение упора
на скорость перемещения винта) к полной мощности, затрачиваемой на вращение
виита:
vBP Kj Хв
2тТнвЛ4 К, 2тг
Эффективность работы винта на разных режимах (при разной поступи) харак-
теризуется кривыми действия-винта (рис. 1.2.3) — графиками изменения коэффи-
Рис. 1.2.3. Кривые действия гребно-
го винта и изменения КПД в функ-
ции Хв.
циентов упора К, и момента Л, в зави-
симости от относительной поступи Хв
(иногда от скольжения а). Обычно вместе
с этими графиками приводится кривая
изменения КПД =f (Хв). Кривые дейст-
вия винта получают экспериментально:
винт, вращающийся с неизменной часто-
той ив, принудительно перемещают с раз-
личной осевой скоростью гв и таким об-
разом получают различную относительную
поступь Хв (скольжение а). Рассмотрим
характерные режимы работы винта, кото-
рые можно получить при этом экспери-
менте.
При поступи h в = 0 (работа в швар-
товном режиме) относительная поступь
Хв =0, скольжение а = 1, упор Р и момент
Мъ имеют максимальные значения.
14
При поступи йв =Я, (рис. 1.2.2, бив) скольжение s =0, угол атаки ста-
новится отрицательным, упор Р = 0, а момент положителен; момент сопротивления
вращению винта равен профильному сопротивлению ДХ. Поступь Нх, при которой
упор равен нулю, называется шагом нулевого упора.
В области 0 <Л в винт работает движителем, т. е. создает упор, потребляя
мощность первичного двигателя.
При поступи hB = И, (рис. 1.2.2, биг) момент = 0, а упор становится отри-
цательным. Поступь Я,, при которой момент равен нулю, называется шагом нуле-
вого момента (шагом свободного вращения).
В области ЛВ>Я2 гребной винт работает в режиме гидротурбины (момент
и упор отрицательны). Создавая за счет энергии набегающего потока отрицательный
упор, винт развивает момент, направленный в сторону его вращения.
Работа гребного винта вблизи корпуса судна характери-
зуется их взаимным влиянием и сопровождается возникновением попутного потока
и засасыванием воды.
Благодаря вязкости воды за судном возникает попутный поток - увлекаемая
корпусом струя, которая движется в направлении движения судна, но с мень-
шей скоростью. Из-за этого явления происходит изменение коэффициентов упора
К, и момента К, при работе винта за корпусом, что сказывается на КПД гребного
винта.
Работающий в кормовой оконечности судна винт подсаоывает воду, что приво-
дит к понижению давления в районе кормовой оконечности и связанному с этим
увеличению сопротивления движению судна. При установившемся движении упор
винта Р затрачивается на преодоление сопротивления корпуса R и силы засасы-
вания.
Полное, или буксировочное, сопротивление R уравновешивается полезной тя-
гой винта Ре (Ре < Р).
При определении КПД гребного винта, расположенного за корпусом, попутный
поток и засасывание учитываются с помощью коэффициента влияния корпуса Т)к.
Полученный с учетом этого ЛПД называется пропульсивным коэффициентом (или
коэффициентом продвижения) Дпр и является отношением буксировочной мощ-
ности (мощности полезной тяги) Ре vc, где гс — скорость судна, к мощности, затра-
ченной на вращение винта, Рв = 21ГпвМв.
Ре vc
^пр •
2тглвЛ/в
1.2.4. Характеристики гребного винта. Зависимости момента сопротивления
Мв от частоты вращения пв называются характеристиками гребного винта; иногда
пользуются также зависимостью Рв =f (лв). Характеристики квазистациоиариы —
каждая точка соответствует установившейся скорости судна »с и частоте вращения
гребного винта.
Согласно выражению (1.2.1) момент пропорционален квадрату частоты враще-
ния, поэтому при предварительных оценках можно принимать Мв -Ол^ и мощность
РЛ =0пв, где Я и 0— коэффициенты пропорциональности.
В зависимости ст режимов работы и условий плавания судна различаются сле-
дующие характеристики винта (рис. 1.2.4):
1 — при ходе в свободной воде с уменьшенной осадкой;
2 - при ходе в свободной воде с номинальной осадкой (с грузом);
3 — буксировочная (при ходе судна с возом или во льдах) ;
4 — швартовная (при работающих винтах и неподвижном судне);
5 — ледовая (при вращении винта в мелкобитом льду, шуге, „ледяной ка-
ше” и т. п., что увеличивает момент сопротивления).
Эти характеристики получают экспериментальным путем или расчетом по дан-
ным гребного винта. Для конкретного судна характеристики винта не являются
постоянными, а могут в зависимости от осадки и условий плавания изменяться в
Диапазоне от характеристики хода в свободной воде при водоизмещении в порожнем
состоянии до ледовой характеристики.
15
Основные параметры движительного комплекса определяют следующим обра-
зом. Для ледоколов моменты находят по швартовной характеристике 4 и ледовой
характеристике 5, частоту вращения — по швартовной характеристике 4 и характе-
ристике хода в свободной воде 2. Для буксиров эти параметры определяют по
буксировочной характеристике 3, для остальных судов — по характеристикам хода в
свободной воде 7, 2.
Характеристики винта могут быть получены в относительных единицах; в этом
случае за номинальный режим принимают для ледоколов и буксиров работу на швар-
товной характеристике, для остальных судов — ход в свободной воде (при номи-
нальной осадке).
На рис. 1.2.5 приведены построенные в относительных единицах характеристи-
ки (швартовные и при ходе в свободной воде) винта ледокольно-транспортного суд-
на типа „Амгуэма” (кривые 1 и /'), кормового винта портового ледокола типа
„Василий Прончишев” (кривые 2 и 2! ) и бортового винта ледокола „Москва” (кри-
вые 3 и 3').
Реверсивная характеристика винта — это зависимость момента сопротивления
Мъ от частоты вращения гребного винта при изменении направления его вращения
на противоположное (во время реверса). Расчетная реверсивная характеристика
строится при неизменной скорости движения судна ?с в первоначальном направ-
лении, поскольку время реверса гребного винта по крайней мере на порядок меньше
времени реверса судна.
Вид реверсивных характеристик гребного винта для разных значений первона-
чальной скорости судна вс приведен на рис. 1.2.4 (кривые 6). Точка Л соответству-
ет ходу судна в свободной воде с номинальной скоростью гсн и номинальной часто-
те вращения гребного винта лв.н. После прекращения подачи энергии к ГЭД частота
его вращения быстро снижается до
значения (0,6-гО,75)ив н, соответст-
вующего шагу нулевого момента
(точка В). За счет энергии набега-
ющего потока гребной винт про-
должает вращаться в ту же сторону
и на участке BCD сам развивает
вращающий момент (отрицатель-
ный момент сопротивления), рабо-
тая в режиме гидротурбины; мак-
симальное значение момента (до
0,9 л) достигается при частоте
вращения около 0,35лв н (точка С).
Для остановки винта необходимо,
чтобы привод его развивал тормоз-
ной момент (отрицательный вра-
щающий момент), больший, чем
вращающий момент винта. Под дей-
ствием вращающего момента винт
затормаживается (в точке D п^-
= 0 при моменте около 0,4Л7вн)
и начинает разворачиваться в проти-
воположном направлении (участок
DE), создавая эффективное тормо-
жение движению судна в режиме
гидравлического тормоза. Под дей-
ствием вращающегося в противопо-
ложную сторону винта судно оста-
навливается и затем начинает разгон
задним ходом.
Как правило, на заднем ходу
частота вращения гребного винта
при номинальном моменте меньше,
чем иа переднем ходу, иэ-за воз-
растания сопротивления движению
йпс. 1.2.4. Характеристики гребного винта, судна.
16
Рис. 1.2.5. Характеристики винтов некоторых судов.
1, 2, 3 - швартовные; 1’ 2’-3'~ при ходе в свободной воде.
Реальная реверсивная характеристика, учитывающая изменение скорости судна
во время реверса, имеет вид кривой 7 на рис. 1.2.4.
При реверсе в швартовном режиме (ус =0) исключается работа винта в режи-
ме гидротурбины и реверсирование происходит по симметричной кривой, проходя-
щей через начало координат.
Маневренные качества судна определяются следующими характеристиками:
а) временем реверса (торможения) винта — временем от момента начала пере-
кладки рукоятки поста управления (ПУ) ГЭД до момента начала вращения гребного
винта в обратную сторону;
б) временем пуска ГЭД в заданном направлении;
в) временем выбега судна — временем от момента начала перекладки рукоят-
ки ПУ до полной остановки судна;
г) путем выбега (или выбегом) — расстоянием, проходимым судном за время
выбега;
д) поворотливостью судна — способностью быстро изменять направление движе-
ния вплоть до разворота на одном месте;
е) способностью быстро изменять и сохранять неизменной скорость движения
при резких изменениях сопротивления движению судна.
1.2.5. Взаимодействие гребного винта со льдом. При плавании судов в тяжелых
ледовых условиях гребной винт, ударяясь лопастями о лед, может его разрушать
или заклиниваться — полностью останавливаться даже при наличии вращающего
момента.
Взаимодействие винта с большими льдинами вызывает резкое увеличение мо-
мента сопротивления вращению винта за счет появления дополнительного ледового
момента. Тогда результирующий момент сопротивления вращению винта Л4+л
определится суммой
Ч+л —^4 + Ми
где Л4 — гидродинамический момент сопротивления при вращении винта в воде;
— ледовый момецт сопротивления при вращении винта во льду (момент разруше-
ния или фрезерования льда).
17
Рис. 1.2.6. Пример изменения момента
сопротивления при одном взаимодейст-
вии винта со льдом.
Результирующая характеристика
момента сопротивления Л^+п = f (ив)
(кривая 9 на рис. 1.2.4) получается
графическим суммированием характе-
ристик Мл — f (лв) (кривая 8) и Мв =
=f (ив) (кривая 3). Характер зависи-
мости Mn=f на рисунке выбран
произвольно; уменьшение значений мо-
мента Мв =f (гц,) за счет того, что часть
лопастей вращается не в воде, а взаимо-
действует со льдом, не учтено. Если
вращающий момент привода винта
УИВр > M^+n и характеристики 1Ивр =
=/(”b) и А4+л=/ (лв) имеют общую
точку, лед при взаимодействии с винтом
будет разрушаться, а винт будет работать
в режиме, определяемом точкой пересе-
чения этих характеристик. Если же
А4р<л4+л «ли у кривой MB+„=f(nB')
нет общей точки с механической харак-
теристикой Л^р ~f винт не сможет
преодолеть общего сопротивления и ос-
тановится — заклинится.
При определении параметров и рас-
чете электрических машин необходимо
учитывать значения и время действия
максимального момента в начале взаимодействия винта со льдом, момента фрезе-
рования и количество таких взаимодействий в час. Пример изменения момента
сопротивления при одном взаимодействии показан на рис. 1.2.6.
Значения моментов и времена действия t,, t\, 12 и t3 устанавливаются для кон-
кретного судна.
В работах . [28] и [29], а также [61 ] и [68] даны методики, по которым можно
определить характеристику Mn =f (ив). Значение Мп зависит от частоты вращения и
параметров гребного винта, скорости хода судна во льдах до начала взаимодействия
винта со льдом, прочностных характеристик льда, а также глубины врезания ло-
пасти в лед.
Чтобы определить момент сопротивления, необходимый для разрушения или
фрезерования льда, находят силу сопротивления, приложенную по касательной
к диску винта, и плечо приложения этой силы. Действие винта в данном режиме
аналогично действию клина: при вхождении лопасти в лед происходит его смятие
входной кромкой на ширине, равной толщине лопасти, и скалывание. С уменьше-
нием частоты вращения винта при неизменной скорости судна шаг скалывания уве-
личивается, и при определенном значении лед будет только сминаться.
Порядок определения моментов сопротивления при взаимодействии винта со
льдом указан в табл. 1.2.1 [19].
На рис. 1.2.7 представлены характеристики бортового винта ледокола „Моск-
ва”. Результирующий момент получен суммированием значений ледового момента
и гидродинамического момента в швартовном режиме, который несколько больше
момента при взаимодействии винта со льдом.
На рис. 1.2.8 приведены результирующие характеристики MB+n=f (nJ, рас-
считанные для кормового винта портового ледокола „Василий Прончищев” при ско-
ростях 6 и 3 уз. На этом же рисунке дана механическая характеристика привода
винта Л^р =/(«в), которая имеет общие точки А и В с характеристикой резуль-
тирующего момента сопротивления Л^+л = f (ив) только при гс= 3 уз. Таким обра-
зом, при vc =6 уз винт будет заклиниваться; при vc =3 уз винт в состоянии разру-
шить лед и заклинивания его не произойдет.
В работах [28] и [29] на основе результатов большого количества натурных
испытаний получена зависимость наибольшего ледового момента, необходимого
для разрушения льда, от диаметра гребного винта Мл =f (DB) (рис. 1.2.9). Расчет-
18
19
Таблица 1.2.1. Определение моментов сопротивления при взаимодействии винта
со льдом
L Исходные данные
№ п/п Величина и ее единица измерения Обозначение Примечание
1 Давление разрушения льда, кПа: смятием Получены экспо-
скалыванием риментально при ио
2 Скорость судна во vc следовании свойств льда
3 льдах, м/с Диаметр винта, м
4 Диаметр ступицы, м —
5 Шаг винта, м п —
6 Число лопастей винта z —
7 Толщина конца лопао- е0 Обычно «о =0,02т
8 ти, м Толщина корневого се- ек ^-0,05
9 чения лопасти, м Спрямленная поверх- А
10 ность всех лопастей вин- та, м2 Угол между плоское- а Принимаем «==45°
тью диска и касательной к входной кромке лопас- ти, град
II. Определение постоянных величин
№ п/п Величина и ее единица измерения Расчетная формула Примечание
11 Частота вращения при нулевом упоре, с-1 II V5 -
12 13 Глубина врезания ло- пасти в лед, м Средняя толщина ло- Z>n ~ ^ст R =—2 . 0,6 2 е -е , Яд<ск-ео) Принимается рав- ной около 0,6 дли- ны лопасти
14 пасхи, м Средняя ширина ло- ’ 0 nB-dcr 2А
15 пасти, м Шаговый угол сечения Ср z(DB-dCT) tea - н Определяется с по- мощью таблиц
лопасти на расчетном радиусе и его функции — ^ст)
а, =...; sina, =... ;
etga, =...
16 Расчетный коэффици- ент, с"1 Минимальная сила смя- тия, кН k~ ”с
17 T(DK-Rn) *см ~₽сме1 «л —
18 Минимальный момент разрушения льда смяти- ем, кН • м л cm 2 —
20
Продолжение табл. 1.2.1
III. Определение величин в функции частоты вращения винта
№
п/п
Величина и ее единица
измерения
Расчетная формула
19
Составляющая силы
скалывания, кН
Vc tga
РСК Рек ~
Сила разрушения льда
при одновременном смя-
тии и скалывании, кН
см ск
Пя — Д.
21 Момент сопротивле-
ния при одновремен-
ном смятии и скалыва-
нии, кН • м
22 Сила разрушения льда
смятием, кН
23 Момент сопротивле-
ния при разрушении льда
смятием, кН м
М'=Р
Рем ^ср
Мп = Р
n^-k etga,
2
2
Примечания. 1. Значениями п--------задаются произвольно (л’ - частота
, 60 в
вращения винта, об/мин).
2. По выражениям пп. 19—23 определяют расчетные величины для каждого зна-
чения пв.
3. По результатам расчета строят зависимости моментов л/Р111, М' н от час-
тоты вращения винта. п п
ный момент Мл рекомендуется определять по этой зависимости для принятого
диаметра DB, не превышающего 6 м. При диаметрах винта более 6 м ледовый мо-
мент необходимо определять только расчетным путем с последующей проверкой
полученных предварительных значений Мп после нахождения параметров винта.
Фрезерование льда обычно происходит при значениях частот вращения винта
ниже швартовных, которые могут совпадать с частотами резонансной зоны линии
валопровода по крутильным колебаниям. Частота вращения, при которой возникает
резонанс по крутильным колебаниям, определяется с учетом маховых масс якоря
(ротора) ГЭД, всей линии гребного вала, винта и присоединенных масс воды.
Таким образом, конструкция ГЭД должна проектироваться с учетом моментов
номинального, ледового, заклинивания (стопорный момент) и момента, обусловлен-
ного крутильными колебаниями. Система регулирования должна обеспечить меха-
ническую характеристику привода с расширенным диапазоном использования пол-
ной мощности первичных двигателей, чтобы сделать возможной работу ГЭД при
фрезеровании льда с моментами, превышающими номинальный. Учет этого требова-
ния приводит к увеличению массогабаритных характеристик ГЭД, но обеспечивает
надежную работу ГЭУ при плавании судна в тяжелых ледовых условиях.
1.2.6. Винты регулируемого шага. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ)
имеет внутри полой ступицы механизм (обычно с гидравлическим приводом) для
поворота лопастей, т. е. для изменения шага винта (изменения угла атаки Ojt). ВРШ
обеспечивают использование мощности двигателей при номинальной частоте враще-
ния в любом режиме работы судна. Это достигается тем, что соответствующим из-
менением шагового отношения HID (изменением угла установки лопастей) в различ-
ных режимах поддерживается Кг - const, а значит, при ив =ив н = const и момент
Л4 = const.
С точки зрения гидродинамики действие ВРШ на заданном шаге практически
не отличается от действия винта фиксированного шага (ВФШ) с таким же шагом.
21
При нулевом шаге мощность, требуемая для вращения винта, может составлять
около 10% номинальной мощности привода.
Применение ВРШ обеспечивает изменение скорости и направления движения
судиа при дистанционном плавном регулировании величины шага, использование
полной мощности нереверсивных приводных двигателей в диапазоне от характерис-
тики хода в свободной воде до швартовной и выбор наиболее выгодного режима
работы судна при наибольшем КПД установки. Однако ВРШ по сравнению с ВФШ
отличаются конструктивной сложностью винта и валопровода, увеличенными диа-
метром и длиной ступицы, повышенной стоимостью.
В ГЭУ целесообразно применять ВРШ в сочетании с синхронными ГЭД, работаю-
щими с постоянной частотой вращения.
§ 1.3. ПЕРВИЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В качестве первичных двигателей для генераторов ГЭУ применяют дизели и
турбины — паровые и газовые. В судовых установках средний КПД дизелей 34—40%,
паротурбинной установки (ШУ) 24-28%, газотурбинной установки (ГТУ) 28—40%.
1.3.1. Дизели. Благодаря относительно высокому эффективному КПД и мало-
му времени подготовки к пуску и работе дизели наиболее широко применяются
в ГЭУ [11,13,62].
Эффективным КПД называют отношение теплоты, превращенной в эффектив-
ную работу на валу, ко всей теплоте сгорания топлива. Средние значения эффектив-
ного КПД 7) и удельного расхода топлива q судовых дизелей приведены в
табл. 1.3.1.
Эффективной мощностью называют полезную мощность дизеля Рп отдавае-
мую генератору на фланце вала. Номинальная мощность дизеля — длительная эффек-
тивная мощность, назначаемая предприятием-изготовителем при номинальной часто-
те вращения; максимальная мощность — кратковременная мощность дизеля, пре-
вышающая номинальную и используемая в течение ограниченного времени.
Пуск мощных дизелей производится сжатым воздухом, который подается в
цилиндры. Частота вращения, при которой обеспечивается заданная степень неста-
бильности, называется минимально устойчивой и составляет около 30% номиналь-
ной. При меньшей частоте вращения дизель не может работать и нести нагрузку.
Судовые дизели допускают кратковременное увеличение частоты вращения на 10-
15% выше номинальной.
Топливо в цилиндры подается под давлением специальными топливными насо-
сами. Регулирование частоты вращения и мощности дизеля осуществляется измене-
нием количества подаваемого топлива с помощью регулирующей рейки, которая
изменяет ход плунжера одновременно у всех топливных насосов. Во всем диапазоне
частоты вращения дизель работает с практически постоянным вращающим момен-
том.
Различают следующие характеристики дизеля:
1. Скоростные характеристики (внешние и винтовые).
Внешние характеристики — Зависимости основных параметров (Рп.д, Л4Р.«)
от частоты вращения дизеля и (рис. 1.3.1, я), которые снимаются при ручном управ-
лении рейкой топливных
Таблица 1.3.1. Значения удельного расхода топлива и эффективного КПД судовых дизелей иасосов с фиксацией ее положения при разных по- стоянных значениях полез- ного хода плунжера.
Дизели Удельный расход топлива, кг/(кВт • ч) Эффектив- ный КПД, % Внешние характеристи- ки при кратковременно до- пускаемой нагрузке (1-2 ч) и предельной подаче топ- лива называются макси-
Низкооборотные Среднеоборотные Высокооборотные 0,225-0,195 0,240-0,215 0,250-0,230 38,0-43,5 36,0-39,5 34,0-37,0 мальными (кривые 7 и 7'). Кривые 2, 2' и 2” являются основными внеш- ними характеристиками ди-
22
эеля и снимаются при положении дозирующих органов, соответствующем номиналь-
ной мощности и номинальной частоте вращения.
Кривая 3 представляет собой внешнюю характеристику эксплуатационной мощ-
ности, при которой обеспечивается долговременная и экономичная работа дизеля.
Кривые 4 и 5 являются внешними характеристиками долевых мощностей
(частичные характеристики) н снимаются при уменьшенной подаче топлива. Кривая
5 — частичная характеристика, соответствующая минимальной мощности при дли-
тельной работе; она называется нижней ограничительной характеристикой.
Все характеристики ограничиваются уставкой срабатывания предельного ре-
гулятора частоты вращения, который при срабатывании отсекает подачу топлива
(кривая б).
При соединении дизеля непосредственно с гребным валом регулирование мощ-
ности и частоты осуществляется по винтовым характеристикам, подробно рассмот-
ренным в работе [53].
2. Регуляторные характеристики — зависимости параметров от частоты враще-
ния при разных уставках всережимного регулятора (рис. 1.3.1, б), который в отли-
чие от однорежимного регулятора (например, предельного) при переменной нагруз-
ке поддерживает любую заданную частоту вращения изменением подачи топлива.
Основная внешняя характеристика (кривая 4) и характеристика предельного регу-
лятора (кривая 5) остаются теми же, что и в случае, представленном на рис. 1.3.1, я
(кривь!е 2 и б соответственно). Дизель с всережимным регулятором при заданной
частоте вращения работает по регуляторным характеристикам при астатическом
(кривые 1,2,3) или статическом (кривые Г ,2', 5' ) регулировании. Наклон кривых
Г , 2*, 3' (характеризующийся разностью Дл =rl — и) определяется статнзмом
(степенью неравномерности) всережимного регулятора.
3. Нагрузочные характеристики — зависимости параметров от нагрузки при
неизменной частоте вращения и переменной подаче топлива, т. е. при работе дизеля
с всережимным регулятором (рис. 1.3.1, в).
На рис. 1.3.2 приведены характеристики дизеля Д100. Кроме внешних харак-
теристик /Ивр =/(и), Рпд=/(и) и q =f(n) на рис. 1.3.2, а показаны зависимости
механических потерь в дизеле (мощности Рс и момента сопротивления Afc) от часто-
ты вращения, которые учитываются при расчете переходных процессов. На
рис. 1.3.2, б приведены кривые удельного расхода топлива в зависимости от эффек-
тивной мощности для разной частоты вращения (нагрузочные характеристики), а на
рис. 1.3.2, в - кривые зависимости эффективной мощности дизеля от атмосферного
давления при разной температуре окружающей среды.
Управление дизелем производится следующим образом.
Топливо подается насосом, плунжер которого приводится от вала дизеля.
При изменении нагрузки и отклонении частоты вращения от заданной регулятор
через гидравлический серводвигатель, рычажную передачу и регулирующую рейку
соответственно уменьшает или увеличивает подачу топлива, поддерживая тем самым
постоянство заданной частоты вращения. Измерительным элементом отклонения
частоты вращения служат вращающиеся грузы, укрепленные на траверсе регулятора,
которая приводится во вращение от вала дизеля.
Изменение уставки частоты вращения дизеля производится изменением затяж-
ки всережимной пружины регулятора вручную или дистанционно с помощью серво-
мотора.
При работе вхолостую или с малыми нагрузками (работа ниже нижней огра-
ничительной характеристики) независимо от частоты вращения ухудшается качест-
во распыления топлива, что приводит к разжижению масла несгоревшим топливом.
Для предотвращения этого служит пневматической механизм отключения ряда топ-
ливных насосов; оставшиеся в работе насосы увеличивают подачу топлива, и про-
цесс сгорания улучшается. Пневматический механизм отключения управляется спе-
циальным электропневматическим вентилем и перемещает регулирующую рейку
ряда топливных насосов в положение, соответствующее выключенной подаче топли-
ва. Включение и выключение вентиля обеспечивается схемами ГЭУ.
Для экстренной дистанционной остановки дизеля предусматривается блокиро-
вочный магнит, который при включении катушки перекрывает подачу топлива.
23
Рис. 1.3.1. Характеристики дизеля:
а - скоростные; б — регуляторные;
в - нагрузочные.
Рис. 1.3.2. Характеристики дизеля Д100: а — внешние; б — нагрузочные; в — зави-
симость мощности от атмосферного давления и температуры.
24
Рис. 1.3.3. Зависимость относительного
эффективного КПД турбин от их мощ-
ности.
Рис. 1.3.4. Внешняя и регуля-
торные характеристики тур-
бины.
Предусматривается аварийная защита дизеля в следующих случаях:
а) при превышении допустимой частоты вращения — с помощью центробежного
предельного регулятора;
б) при снижении давления масла ниже допустимого — с помощью реле давления,
которое снимает нагрузку и перекрывает подачу топлива;
в) при переходе одного из последовательно включенных генераторов постоян-
ного тока в двигательный режим в случае остановки его дизеля (защита от обрати
иого вращения) — с помощью реле давления пресной воды (если вода подается
навешенным насосом), которое при понижении давления до 40-25% номинального
снимает возбуждение с генератора останавливающегося агрегата. Эту защиту мож-
но выполнить с помощью реле напряжения, подключенного к навешенному тахоге-
нератору; реле снимает возбуждение с генератора при понижении частоты вращения
до 20—40% минимально устойчивой.
В табл. 1.3.2 приведены характеристики дизель-генераторов, применяемых
в ГЭУ.
1.3.2. Паровые турбины. Судовые паровые турбины, применяемые в ГЭУ, мо-
гут обладать агрегатной мощностью до 60 000 кВт.
Отношение эффективной мощности на валу к располагаемой мощности турбины
называют относительным эффективным КПД турбоагрегата т?ое> который достигает
75-81%. На рис. 1.3.3 показана зона значений относительного эффективного КПД
турбин в зависимости от их мощности.
Механические потери в самой турбине составляют 1 — 3% ее мощности, потери
на вращение неработающих ступеней — до 2% и потери в редукторе при простой пе-
редаче 1,5—2% (при двойной передаче 3-4%). Значения механических потерь необ-
ходимо учитывать при расчете переходных процессов для предотвращения разгона
турбины энергией рекуперации. Отношение действительной, или валовой, мощности
к внутренней мощности называется механическим КПД.
Удельный расход пара у современных судовых турбин достигает 3,4—
4,4 кг/ (кВт • ч); при использовании атомных пароэнергетических установок удель-
ный расход пара увеличивается до 5,5 кг/(кВт -ч) из-за низких параметров пара.
Диапазон регулирования частоты вращения судовых турбин — от 25 до 115%
номинальной частоты вращения. Регулирование частоты вращения и мощности обыч-
но производится специальным маневровым клапаном, изменяющим количество
подаваемого пара (реже - регулированием параметров пара). В ГЭУ Достоянного,
перемеиио-постояниого и переменного тока со статическим преобразованием часто-
ты турбины работают с постоянной частотой вращения. В обычных ГЭУ переменного
тока частота вращения может изменяться в широких пределах.
Для поддержания заданной частоты вращения при изменениях нагрузки турби-
ны оборудуют быстродействующим регулятором постоянства частоты вращения,
который изменяет подачу пара в турбину. Регулятор приводит мощность турбины
в соответствие с мощностью нагрузки и поддерживает заданную частоту вращения,
а также обеспечивает устойчивую работу турбины при внезапном сбросе или набросе
25
Таблица 1.3.2. Характеристики дизелъ-генераторных агрегатов
Марка (условное обозначение) дизель- генератор а Дизель
Тип Эффектив- ная мощ- ность, кВт Частота вращения, об/мин Моторесурс, ч X
до первой переборки до капиталь- ного ремонта
300 ИГР 23 64 30 330 1000 4000 16000
1000
1500 12ЧН^— 20 545 1500 2500 3500 5 000 6 000
5ДГ50М 31,8 6ЧН —!— 33 815 740 3000 30 000
„„„ 1000 ДГР 750 , 30 6ЧН 38 1100 750 4500 30000
1Д100А 20,7 1 оп 1100 750 4000 25 000
2x25,4
ЗД100 20,7 10П 1325 810 3500 20000
2x25,4
13Д100 20,7 юп 1325 810 3500 20000
2x25,4
14ДГ 23 12ДН 30 1470 750 25 00 15 000
2Д100 20,7 ЮП 1470 850 3500 17 000
2x25,4
1500 ДГР 703 23 16ДН 30 1615 1500 4500 20000
14Д100 20,7 12Л 1910 810 3500 20000
2x25,4
26
Генератор Агрегат
Тип Род тока н напряжение, В Габаритные размеры, мм Масса, т
МСК 375-1000 Переменный, 400 5230x1460x2245 10,8
ПГ-35-1 Постоянный, 200 4550x1195x2210 9,8
МСК 625-1500 Переменный, 400 4185x1300x1900 6,7
ПГ-117-6 Постоянный, 330 4050x1260x1450 5,4
ГПМ 84/44-8-2 Постоянный, 460 5310x1580x2650 24,5
МСК 1250-750 Переменный, 400 6170x2150x3800 24,0
МСК 1250-750 Переменный, 400 7115x2360x3170 28,6
ГП 1375-810 Постоянный, 500 6950x1855x4250 28,5
ПГ145 Постоянный, 2x400 7860x1855x4115 31,6
- Постоянный 5650x1795x2510 21,4
МПТ 90/47А »> 6545x1730x3265 27,0
МСК 1875-1500 Переменный, 400 7040x2010x3540 25,7
ГП 306 Постоянный, 600 6785x1970x3240 30,5
27
нагрузки. При расчетах системы электродвижения учитывают времена наброса и
сброса 100% нагрузки, максимальные и минимальные значения частоты вращения
при этом сбросе и набросе, а также статизм и точность регулятора.
На рис. 1.3.4 приведены характеристики турбины. Внешняя характеристика
(кривая 4) - это зависимость мощности от частоты вращения при изменении пода-
чи пара. Регулятор постоянства частоты вращения обеспечивает получение регуля-
торных характеристик (кривые 1, 2, 5). Наклон кривых, характеризующийся раз-
ностью Дл =tf — п, определяется статизмом регулятора (обычно не более 5%).
При изменении нагрузки частота вращения также изменяется по этим характеристи-
кам и поддерживается с точностью ± 0,5%.
Турбина снабжается выключателем предельной частоты вращения (регулятором
безопасности), который действует независимо от других регуляторов и прекращает
подачу пара при достижении турбиной частоты вращения, равной 112—115% номи-
нальной.
Для экстренной остановки турбины предусматривается быстрозапорный клапан
(БЗК), установленный на главном паропроводе перед турбиной.
Аварийная остановка турбины воздействием на БЗК предусматривается в сле-
дующих случаях:
а) при превышении допустимой частоты вращения — с помощью выключателя
предельной частоты вращения;
б) при понижении давления масла в напорном маслопроводе ниже допустимо-
го - с помощью масляного выключателя;
в) при резком ухудшении вакуума в конденсаторе — с помощью вакуум-реле.
Кроме того, в ГЭУ постоянного и переменного тока с ПЧ должна предусматри-
ваться защита от недопустимого разгона ротора турбины энергией рекуперации в пе-
реходных режимах. Эта защита может быть осуществлена, например, с помощью реле
напряжения, подключенного к тахогенератору турбины, или реле мощности рекупе-
рации. При недопустимом увеличении частоты вращения (разгоне) реле срабатывает
и дает импульс на снижение двигательного момента генератора до значения, меньше-
го, чем момент механических потерь турбины. Уставка срабатывания должна быть
ниже уставки предельного выключателя — около 105% номинальной частоты вра-
щения.
В табл. . 1.3.3 приведены характеристики современенных турбогенераторных
агрегатов, применяемых в ГЭУ.
1.3.3. Газовые турбины. В состав газотурбинной установки (ГТУ) входят
турбина, воздушный компрессор и камера сгорания, конструктивно объединенные
в один агрегат [14,67[. Выделяющиеся при сгорании топлива газы с высокими темпе-
ратурой и давлением (при горении температура достигает 1500—2000° С) после
смешивания с воздухом образуют рабочее тело, обладающее запасом потенциальной
тепловой энергии. Компрессор и камера сгорания служат для подготовки рабочего
Таблица 1.3.3. Характеристики турбогенераторных агрегатов
/66
Марка турбо- генера- тора Турбина Генератор Агрегат
Эффективная мощность, кВт Частота враще- ния, об/мин Моторесурс до первого ремон- та, тыс. ч Тип Род тока Габарит- ные раз- меры Масса, т
ТСЭ-1 ТГГ 27,5 8 100 27 500 595 3500 25 2ПГК 120/50 ТК-9-4 Посто- янный Пере- менный 12 000 х х 5600 х х 7900 19 200 х х 4400 х х 9500 180 260
28
тепа, которое затем посту-
пает в ступени газовой тур-
бины. Здесь приобретенная
при расширении газа кине-
тическая энергия рабочего
тела преобразуется в меха-
ническую так же, как и в
ступени паровой турбины.
Компрессор приводится от
вала турбины, поэтому
часть энергии рабочего тела
расходуется на получение
сжатого воздуха, обеспечи-
вающего процесс горения.
Благодаря отсутствию
котельной установки, кон-
Таблица 1.3.4. Сравнительные характеристики ПТУ
и ГТУ
Установка Удельная масса, кг/кВт Удельный расход топлива, г/(кВт - ч) Абсолют- ный эф- фектив- ный кпд, %
Паротурбинная (с учетом ко- тельной уста- новки) 136-150 365 380 25
Газотурбинная 104-110 300-315 28-40
денсаторов и обслуживающих их систем, ГТУ обладают большей экономичностью и
меньшей удельной массой в сравнении с ПТУ той же мощности (табл. 1.3.4), а также
меньшими габаритами.
Существующие типы ГТУ различаются рабочими циклами, способом соединения
компрессора с турбиной, видом применяемого топлива, способом его сжигания и
т. д. На рис. 1.3.5 приведены кривые изменения абсолютного эффективного КПД
Ve (учитывающего КПД всех частей ГТУ) в зависимости от нагрузки для простейшей
ГТУ (кривая 3) н ГТУ с усложненной схемой рабочего цикла (кривая 2). Приме-
няемые в судовых ГТУ газовые турбины имеют относительный эффективный КПД
85-87% (одноступенчатые) н 87-89% (двухступенчатые).
При пуске разворачивание вала ГТУ происходит от специального пускового
двигателя (например, электродвигателя); первоначальное воспламенение топлива
осуществляется от специального блока зажигания.
Регулирование мощности ГТУ производится изменением количества подавае-
мого в камеру сгорания топлива. ГТУ, применяемые для привода генераторов,
должны иметь центробежный регулятор, поддерживающий при изменении нагрузки
заданную частоту вращения изменением подачи топлива. Характеристики ГТУ при
автоматическом регулировании аналогичны характеристикам паровой турбины.
Эффективный КПД
ГТУ существенно зависит от
температуры газа (см. рис.
1.3.5, кривая 1). По выходе
из камеры сгорания газы
смешиваются со сжатым
воздухом, что снижает на
входе в турбину температу-
ру рабочего тела до 600-
800° С. Перспективны судо-
вые ГТУ с температурой
рабочего тела выше 800° С,
в которых используются
новые жаростойкие матери-
алы.
В ГТУ предусматрива-
ется защита, прекращающая
подачу топлива в следую--
щих случаях:
а) при достижении пре-
дельно допустимой частоты
вращения (110—112% но-
минальной) - с помощью
регулятора предельной час-
тоты вращения,
Рис. 1.3.5. Зависимость абсолютного эффектив-
ного КПД газотурбинной установки от нагрузки
и начальной температуры газа.
29
б'» при превышении допустимого значения температуры газа — с помощью
специальной схемы, работающей от термопар;
в) при снижении давления масла и охлаждающей воды ниже предельного зна-
чения — с помощью соответствующих реле давления.
§ 1.4. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ХАРАКТЕРИСТИКАХ И СХЕМАХ ГЭУ
1.4.1. Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ГЭД
от его момента ид —f (Мд) называется механической характеристикой.
В установившихся режимах ГЭД работает при равенстве момента сопротивления
винта Мв и вращающего момента ГЭД Мя; частота вращения определяется точкой
Пересечения механической характеристики пд =f (Мд) с характеристикой винта
Мъ ~f (ив). В зависимости от назначения судна и условий плавания характеристика
Мв —f (ив) может занимать любое промежуточное положение от характеристики,
соответствующей ходу в свободной воде при водоизмещении в порожнем состоянии,
до ледовой, а в аварийных режимах (например, при потере лопастей винта или его
стопорении) — в диапазоне от работы при Мд = 0 до стоянки ГЭД под током при
ив = 0 (рис. 1.4.1).
Механическая характеристика ГЭД должна исключать длительную недопусти-
мую перегрузку генераторов и первичных двигателей (ПД), а также ограничивать
максимальные момент и частоту вращения. Зона перегрузок по мощности ПД распо-
ложена выше гиперболы постоянства мощности Рд н =Мдид = const.
ГЭД переменного тока и ГЭД постоянного тока с независимым возбуждением
обладают жесткой естественной механической характеристикой (прямая АД на
рис. 1.4.1*, которая ограничивает частоту вращения, но не ограничивает момент,
что может привести к перегрузке элементов ГЭУ (точки Д, Е). При ив = 0 макси-
Рис. 1.4.1. Механические характеристики ГЭД АБВГ,
АД и характеристики винта.
1 ледовая; 2 — швартовная; 3 — буксировочная;
4 — при ходе в свободной воде; 5 — при потере лопас-
тей винта.
При построении механических характеристик в судостроении в отличие от
общепринятого по оси абсцисс откладывают частоту вращения и а по оси ординат —
момент Мд. А
30
Рис. 1.4.2. Схемы одновальных ГЭУ постоянного тока: одноконтурные
(а—г) и двухконтурная (Э).
£66
мальный момент на винте необходимо ограничить значением (1,5 -5- 3,0) Мн (точка Г),
что и учитывается при проектировании ГЭД, движительного комплекса и электро-
привода.
В целях исключения перегрузки элементов ГЭУ применяют регулирование па-
раметров ГЭД для получения механической характеристики, приближающейся
к гиперболе Мя ид = const. Идеальная искусственная механическая характеристика
Ид =/ (Мд) имеет вид кривой АБВГ на рис. 1.4.1.
В обычных ГЭУ переменного тока с регулированием частоты вращения ГЭД
изменением частоты вращения ПД практически невозможно получить механическую
характеристику вида АБВГ. В перспективных ГЭУ переменного тока с полупровод-
никовыми силовыми преобразователями частоты можно получить искусственную
механическую характеристику ГЭД, исключающую перегрузку ПД (см. гл. 8).
В ГЭУ постоянного и переменно-постоянного тока искусственные механические
характеристики вида АБВГ с различной степенью приближения к гиперболе Л/дид =
= const получают с помощью систем автоматического регулирования возбуждения
ГЭД и генераторов.
1.4.2. Схемы главного тока. Схему электрического соединения обмоток якорей
(статоров) ГЭД и главных генераторов называют схемой главного тока или схемой
главной цепи.
В ГЭУ постоянного тока генераторы и ГЭД могут соединяться по схе-
мам, приведенным на рис. 1.4.2 и 1.4.3; при увеличении числа генераторов принцип
построения схемы не меняется. Наиболее проста схема с одним генератором и одним
ГЭД, но, учитывая периодические осмотры и ремонты и возможные аварийные оста-
новки, целесообразно каждый ГЭД питать не менее чем от двух генераторов, входя-
щих в состав разных генераторных агрегатов.
На рнс. 1.4.2 приведены схемы для одновальной ГЭУ. Параллельное соединение
генераторов (рис. 1.4.2, а) в отечественном судостроении не применяется, так как
для равномерного распределения нагрузки между генераторами от холостого хода
до номинальной необходимы сложные системы регулирования генераторов и ПД.
Последовательное соединение генераторов (рис. 1.4.2, б) наиболее предпочти-
тельно, так как требует менее сложной системы регулирования и обеспечивает ши-
рокий диапазон регулирования частоты вращения ГЭД при равномерности загрузки
генераторов. Наибольшее напряжение цепи главного тока равно суммарному напря-
жению последовательно соединенных генераторов.
Рис. 1.4.3. Схемы двухвальных ГЭУ постоянного тока: однокон-
турные (а, 6) и двух контурная (в)
31
Рис. 1.4.4. Схемы одновальных ГЭУ переменного тока.
При применении двухъякорных ГЭД попеременно-последовательное соедине-
ние якорей Я1 и Я2 гребного электродвигателя и генераторов (рис. 1.4.2, г) целесо-
образнее последовательного соединения (рис. 1.4.2, в), так как позволяет увеличить
напряжение главных электрических машин при соответствующем снижении тока
главной цепи и одновременно уменьшить потенциал главной цепи относительно кор-
пуса судна.
Схемы соединения генераторов и якорей ГЭД, показанные на рис. 1.4.2, а—г,
одноконтурные, схема иа рис. 1.4.2, д — двухконтурная. В сравнении с одноконтур-
ными двухконтурная схема обладает большей живучестью, что особенно важно
в одновальных ГЭУ. В двухконтурной схеме допустимо применение одного генера-
тора в контуре.
В многовальных ГЭУ для каждого ГЭД могут быть приняты рассмотренные
схемы, а кроме того, схемы, приведенные на рис. 1.4.3. Одноконтурная схема с
попеременно-последовательным соединением генераторов и ГЭД (рис. 1.4.3, а)
применима в системе неизменного тока (см. п. 1.4.4). Отличительной особенностью
схем, показанных на рис. 1.4.3, бив, является применение многоякорных генерато-
ров, число якорей которых соответствует числу гребных винтов. Каждый генератор-
ный агрегат обеспечивает работу всех ГЭД, поэтому при длительной работе с пони-
женной мощностью могут работать ие все ПД, что обеспечивает экономичную работу
ГЭУ и сохранение моторесурса ПД.
Включение в схему или выключение из нее якорей генераторов и ГЭД произ-
водится специальными аппаратами — избирательными переключателями, которые
обычно не предназначены для разрыва главной цепи при номинальном токе и рабо-
тают только при снятом с электрических машин напряжении. В последнее время
для разрыва главных цепей под напряжением находят применение автоматические
выключатели.
Рис. 1.4.5. Схемы двухвальных ГЭУ переменно-постоянного тока с силовыми управ-
ляемыми выпрямителями.
32
ВГЭУ переменного тока генераторы и ГЭД соединяются параллельно
(рис. 1.4.4). В одновальных ГЭУ при использовании ВРШ все генераторы и ГЭД
работают с постоянной частотой вращения. От общих шин генераторов может произ-
водиться отбор мощности для питания судовых потребителей через трансформатор
Тр (рис. 1.4.4, а) или непосредственно от шин.
При использовании ВФШ регулирование частоты вращения ГЭД производится
изменением частоты вращения ПД или с помощью статических преобразователей
частоты. Питание ГЭД осуществляется от общих шин генераторов (рис. 1.4.4, 6);
реверс производится переключателем 17, который изменяет порядок следования
фаз. В двухконтурной схеме (рис. 1.4.4, в) переключатели П1 и П2 сблокированы
для одновременного изменения порядка следования фаз в обоих контурах; генера-
торы Г1 и Г2 работают синхронно, так как роторы ГЭД находятся на общем валу.
В схеме, приведенной на рис. 1.4.4, г, регулирование частоты вращения и реверс
ГЭД производятся преобразователем частоты ПЧ\ все генераторы работают парал-
лельно на общие шины, от которыхгможет производиться отбор мощности для пи-
тания общесудовых потребителей.
Выключение и включение генераторов на параллельную работу осуществляется
автоматическими выключателями. Переключатель порядка следования фаз (в схе-
мах без ПЧ), как правило, рассчитывается на разрыв цепи без тока, поэтому при
переключениях предварительно снимается возбуждение с генераторов.
В ГЭУ п е р е м е н н о- по ст оянн ого т о ка с неуправляемыми сило-
выми выпрямителями применяют те же схемы, что и в ГЭУ постоянного тока (см.
рис. 1.4.2 и 1.4.3). Возможные схемы главного тока с управляемыми выпрямите-
лями для двухвальной ГЭУ показаны на рис. 1.4.5, а - одноконтурная и на рис. 1.4.5,
б — двухконтурная.
В ГЭУ переменного или переменно-постоянного тока возможен отбор мощности
для питания судовых потребителей, для чего необходимо обеспечить точность
поддержания значений напряжения и частоты в соответствии с требованиями для
судовых электростанций, определить возможность питания потребителей перемен-
ным током, форма кривой напряжения которого искажена, а также решить ряд
других вопросов (подробнее см. в гл. 8).
1.4.3. Частичные режимы. В ГЭУ частичные режимы получаются при остановке
части первичных двигателей или уменьшении количества работающих генераторов.
В этих режимах суммарная мощность уменьшается пропорционально числу
m оставшихся в работе генераторов;
где «н — число генераторов, работающих в номинальном режиме; Р-£К - их суммар-
ная мощность.
С уменьшением мощности снижаются также момент н частота вращения гребно-
го винта, которые определяются по характеристикам Рв =f (ив) и Мв =f(nB) или
(в относительных единицах) по выражениям
= и л7в="в- (1-4.1.)
Пересечение механической характеристики ГЭД в частичном режиме с характе-
ристикой винта определяет рабочую точку, в которой Рв -Ря, ив =ид и Мв =MR. Эти
параметры можнО-Определить графически (рис. 1.4.6) по характеристикам винта
Рв =ив и Рв =МВ ив. Первая характеристика представляет собой параболу, вторая —
прямую (прямые 7- 7), характеризующую работу винта при неизменном моменте
Мв = const в зависимости от числа работающих генераторов.
Прямые Рв = const, параллельные оси абсцисс, определяют мощность ГЭУ
й частичных режимах при работе одного, двух или трех генераторов в схемах_с их
последовательным соединением; пересечение этих прямых с характеристикой Рв =
=йв определяет частоту вращения при использовании полной мощности работающих
генераторов с соответствующим изменением потока возбуждения ГЭД; моменты
иа гребном винте определяются по выражению
Мв =Ръ/пв. (1.4.2)
33
Рис. 1.4.6. Характеристики винта при параллельном и
последовательном соединении генераторов.
1 — для номинального режима; 2, 3, 5, 7 — для частичных
режимов ГЭУ с четырьмя генераторами; 4, б — для час-
тичных режимов ГЭУ с тремя генераторами.
Рис. 1.4.7. Схемы ГЭУ постоянного тока в частичных режимах.
34
Прямые Мв = const проведены из начала координат в точки пересечения харак-
теристик Рв = const с ординатой ив =1,0 и соответствуют работе винта с_постоян-
ным моментом. Точки пересечения этих прямых с характеристикой Рв =лв (точки
С, Ь и Е) определяют частоту вращения и перерабатываемую мощность при исполь-
зовании по моменту включенных в работу генераторов и ПД.
В схемах с параллельным соединением генераторов момент ГЭД изменяется
пропорционально числу включенных генераторов.
Примеры схем ГЭУ постоянного тока в частичных режимах показаны на
рис. 1.4.7. Для оценки в первом приближении параметров электрических машин
принимаем £=£7 и не учитываем изменение КПД с изменением параметров. Тогда
в рабочих точках параметры электрических машин определяются (в относительных
единицах) из выражений
Р=иТ\ М=1Ф; и=пФ; Р =Мп. (1.4.3)
Здесь Е, U, I, Ф— ЭДС, напряжение, ток и поток возбуждения электрических машин.
Полная мощность работающих ПД (без перегрузки электрических машин) может
быть использована, если при отключении части генераторов суммарное значение напря-
жения на якоре ГЭД уменьшается (одноконтурные и двухконтурные схемы с последо-
вательным и попеременно-последовательным соединением — схемы на рис. 1.4.7, б ,
б3, 6it 63,g" , в*, в”, г**, £,). Параметры в рабочей точке определяются характе-
ристиками Рв - const?соответствующими количеству работающих генераторов (см.
рис. 1.4.6); поток возбуждения ГЭД уменьшается соответственно уменьшению
момента на винте: Ф2=М„ =М„, а Р, = IL =£. =/„ =1, так как ток для указанных
I I 1 Щ
схем независимо от числа включенных генераторов номинальный.
Полная мощность первичных двигателей в частичных режимах не может быть
использована без перегрузки электрических машин, если при отключении части гене-
раторов суммарное значение напряжения на якоре ГЭД не изменяется (параллель-
ное соединение — схемы на рис. 1.4.7, я,, аг, и схемы с многоякорными ГЭД
при работе на якорь того же числа генераторов, что и в номинальном режиме, —
схемы на рис. 1.4.7, в'2, г*2)_._Для получения пониженной частоты ^ращения в соответ;
ствии с выражевдем п = U/Ф необходимо снижение величины U или увеличение Ф.
При сохранении Фя = 1 необходимо снижать напряжение генераторов Ur, ипотому их
полная_мощность принципиально не может быть использована; при этом/г =ФЯ = 1,
а /я =МЯ. Первичные двигатели без перегрузки электрических машин используются
только по моменту. Параметры винта определяются характеристиками Мв = const
(прямые 2—7 на рис. 1.4.6). В этих схемах полную мощность ПД можно использо-
вать только при увеличении тока или потока возбуждения ГЭД выше номинально-
го, что приводит к соответствующему увеличению габаритной мощности электричес-
ких машин.
При работе в частичных режимах одного из контуров многоконтуриой схемы
с номинальным числом генераторов напряжение в этом контуре не изменится; без
перегрузки генераторы могут быть использованы только по моменту. Например,
в схеме, приведенной на рис. 1.4.7, г3,в первом контуре работает один генератор,
а в другом — два; суммарная мощность работающих генераторов Р^ =0,75 ие может
быть использована, так как генераторы второго контура должны работать при
пониженном напряжении. Параметры работы винта определяются по рис. 1.4.6.
Точка А с координатами ив = 0, Рв = 0,25 (полная мощность^ первого контура)
соединяется прямой с точкой В, имеющей координаты пв = 1,0, Рв = 0,75 (испол_ьзо-
вание второго контура по моменту). Пересечение построенной прямой АВ (Рв =
= 0,25 + 0,5Йй) _с характеристикой виита Рв =Я^ определяет частоту вращения
йв_и мощность Рв в частичном режиме; момент находится из выражения Рв =
=МВ пв. Параметры ГЭД определяются как сумма параметров двух якорей ГЭД;
?д=^я1+^я2 « ^п=^я1+^я2-
Расчетные значения параметров электрических машин в частичных режимах
для схем, показанных на рис. 1.4.7, приведены в работе [19] (втабл. 1.4.1). Эти па-
раметры можно определить и без характеристик винта — по выражениям, которые
35
даны в таблице и получены с учетом выражений (1.4.1), (1.4.2), (1.4.3) в зависи-
мости от отношения ш/тн для случаев использования мощности или момента.
Примеры схем ГЭУ переменного тока в частичных режимах показаны на
рис. 1.4.8. Параметры электрических машин в относительных единицах определяются
по выражениям _ _ _ _ _ _
Р =1U; Р =Мп; п =f
с учетом значений Рв, Мв и пв, полученных по характеристикам, приведенным
на рис. 1.4.6.
Электрические машины переменного тока соединяются параллельно. Регулиро-
вание частоты вращения ГЭД (в схемах без ПЧ) производится изменением частоты
вращения ПД. При отключении части генераторов мощность ГЭД снижается. В со-
ответствии с характеристикой Рв —пв должна быть снижена и частота вращения
ПД, так как йв =/; одновременно с этим уменьшается и его мощность, поэтому
в ГЭУ переменного тока в частичных режимах работающие ПД используются по мо-
менту. Мощность каждого генератора снижается пропорционально частоте вращения:
Рг =«г ~f< а мощность ГЭД уменьшается пропорционально частоте вращения и ко-
личеству работающих генераторов. В схеме на рис. 1.4.8, б, мощность генератора
используется обоими _ГЭД, причем номинальные мощности генератора и ГЭД равны,
поэтому РГ_=ХРЦ =2РД. Во всех режимах ток генераторов сохраняется номиналь-
ным, /г =1,0, при этом напряжение изменяется пропорционально частоте: Vr =
— Ua =f- Параметры в_рабочей точке определяются по рис. 1.4.6 пересечением харак-
теристик Мв = const И Рв =Й|.
Расчетные значения параметров в относительных единицах для схем, представ-
ленных на рис. 1.4.8, приведены в работе [19] (в табл. 1.4.2). Эти параметры могут
быть определены по выражениям, указанным в таблице, в зависимости от отношения
т/т„.
1.4.4. Системы регулирования. Для получения необходимых механических
характеристик регулирование параметров ГЭУ может осуществляться изменением
токов возбуждения генераторов и ГЭД с помощью регулируемых возбудителей,
а также изменением частоты тока и напряжения, подводимого к ГЭД, В качестве
возбудителей могут использоваться генераторы постоянного тока, электромашинные
и магнитные усилители, полупроводниковые преобразователи. Напряжение выхода
возбудителя управляется посредством регулирования магнитодвижущей силы
(МДС) в обмотках управления.
В ГЭУ Постоянного тока в за-
висимости от принципов регулирова-
ния и управления применяются систо
мы; неизменного напряжения (ГС -
= const), неизменного тока (/ -
= const), генератор - двигатель (1^=
= var,/ =var) [9,53,55,63].
Система неизменного
и апряжения. Для питания
ГЭД автономные генераторы, как
правило, не предусматриваются. ГЭУ
имеет вспомогательное назначение,
и ГЭД получает питание от судовых
источников электроэнергии, работа-
ющих с неизменным напряжением,
от которых питаются также электро-
двигатели производственные меха-
низмов.
В соответствии с выражением
Ur ~
“ с«фд
рис. 1.4.8. Схемы ГЭУ переменного тока
в частичных режимах.
регулирование частоты вращения
ГЭД при UT = const может произво-
диться следующими способами:
36
=^/= ф2"=ф2"';
фм=&1> Ф’> <р”> ФГ'=-о
Рис. 1.4.9. Характеристики и схема ГЭУ при / = const
(^1 — механическая характеристика; 3 — характеристика винта для основ
ного режима.
— изменением сопротивления цепи якоря Лд, что при пониженной частоте вра-
щения приводит к дополнительным потерям;
— изменением возбуждения ГЭД Фд с помощью регулировочного сопротивле-
ния, включенного в цепь обмотки возбуждения ГЭД или в цепь управления возбу-
дителя,
— изменением напряжения на якорях многоякорных ГЭД путем параллельного
или последовательного их включения.
Реверс ГЭД производится изменением направления его потока возбуждения.
Система неизменного тока Регулирование частоты вращения
и реверс ГЭД при неизменном токе в главной цепи производится изменением зна-
чения и направления потока возбуждения ГЭД; в системе неизменного тока осущест-
вляется управление моментом ГЭД.
Автоматическое регулирование напряжения генераторов обеспечивает поддер-
жание в главной цепи тока / =/н = const в любых режимах ГЭУ (работа на верти-
кальной части внешней характеристики генератора, приведенной на рис, 1.4.9, а,
где IRn — падение напряжения в цепи якоря).
Установившийся^ режим соответствует равенству моментов Л/д =МВ = СМ/Фд;
при / = const Л/д = Л/в = Фд. С учетом того, что Л/д =Я^, получим
”д=Фд2- (1-4.4)
При изменении Фд пропорционально меняется Мд; частота вращения ГЭД так-
же будет изменяться, пока не наступит равновесие моментов. На рис. 1.4.9, б показа-
37
но семейство механических характеристик при одной и той же внешней характерис-
тике генератора и разных значениях потока возбуждения Фд.
В ГЭУ по системе неизменного тока в общий контур со всеми генераторами и
ГЭД могут включаться последовательно электродвигатели производственных меха-
низмов и преобразователей постоянно-переменного тока для питания потребителей
собственных нужд судна.. С учетом загрузки и коэффициента одновременности
суммарная мощность электродвигателей может быть больше установленной мощ-
ности генераторов. Система обеспечивает независимое управление каждым электро-
двигателем.
В схеме, приведенной на рис. 1.4.9, в, напряжение генератора распределяется
между двумя ГЭД согласно выражению
2
~ Цх 1 + ^д2 — п 1 + пз
где л,, л2, — частота вращения и сопротивление соответственно ГЭД1 и
ГЭД2.
В номинальном режиме при Ф1 =Ф2 =ФН моменты и частоты вращения обоих
ГЭД равны, напряжение генератора делится между ними поровну (Сд1 =Г'д2), а
механические характеристики их одинаковы [рис. 1.4.9, г, кривая 1 (2)].
При уменьшении потока возбуждения ГЭД1 в соответствии с выражением*
(1.4.4) установятся сниженные значения момента и частоты вращения; механичес-
кая характеристика ГЭД1 сместится влево (кривая Г ). Таккак поток возбуждения
ГЭД2 остался прежним, напряжение генератора перераспределится. При неизменной
внешней характеристике генератора и наличии статизма регулятора напряжения
ток в цепи незначительно изменится (/’ =7Н + Д/J, а момент ГЭД2 и его механичес-
кая характеристика будут соответствовать кривой 2". При остановке ГЭД1 (Ф'/* =
= 0; М"' =0; л"' =0) механическая характеристика ГЭД2 займет положение кри-
вой 2"’; частота вращения холостого хода ГЭД2 будет определяться всем напряже-
нием генератора, приложенным к его якорю. Отличие параметров ГЭД2 в рабочих
точках от номинальных определяется наклоном внешней характеристики генератора
(статизмом регулятора напряжения).
Для сохранения неизменными параметров ГЭД2 при регулировании частоты
вращения ГЭД1 система регулирования напряжения генератора должна обеспечи-
вать получение статической внешней характеристики генератора, или автоматичес-
кое изменение напряжения генератора на величину, соответствующую изменению
ЭДС ГЭД1
Д^д1 =се ф, л, - се ф,л; =се (Ф, л,' - ф.'л;),
т. е. напряжение генератора должно быть равно
=^1+1/д2=Ц11-Д^д1 + Ч12=Ц-- QCM.-Ф.'О-
Система генератор-двигатель (Г-Д). Эта система получила
наиболее широкое распространение в ГЭУ. Уравнение механической характеристи-
ки имеет вид
£г-Г(Дд+Дг)
Регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется изменением напряжения
генератора или одновременным изменением напряжения генератора и потока воз-
буждения ГЭД. Система Г-Д может обеспечить ограничение тока главной цепи
при нерегулируемом потоке возбуждения ГЭД; при регулировании потока возбуж-
дения ГЭД обеспечивается, кроме того, использование в рабочем диапазоне полной
мощности ПД.
Ограничение тока главной цепи достигается автоматическим регулированием на-
пряжения генератора с помощью жесткой отрицательной обратной связи по току
38
Рис. 1.4.10. Характеристики ГЭУ по системе Г-Д: а — экскаватор-
ная внешняя характеристика генератора; б — характеристики ГЭД
и винта.
1 — механическая характеристика ГЭДприФд=Ф1 = УаГ; 2,3,4 —
механические характеристики ГЭД при ФД=Ф2= Const, Фд =
= Ф3 =COnst, Фд — Ф4 =COnSt соответственно; 5 — швартовная
характеристика винта; 6 — характеристика винта при ходе в сво-
бодной воде.
главной цепи. Действие этой обратной связи снижает напряжение генератора при уве-
личении тока главной цепи, обеспечивая получение крутопадающей внешней характе-
ристики генератора Ur =f (Г) с ограничением максимального значения тока главной
цепи (рис. 1.4.10, а). Внешнюю характеристику такого вида называют экскаватор-
ной. При работе ГЭД с разными, но постоянными потоками возбуждения от генера-
тора с экскаваторной внешней характеристикой механические характеристики
Ид=/(Мд) (кривые 2, 3, 4 на рис. 1.4.10, 6) подобны внешней характеристике
генератора.
В -зависимости от значения потока возбуждения (Ф„ < Ф3 < Ф2) положение
механической характеристики меняется, и можно обеспечить использование полной
мощности первичных двигателей в следующих случаях:
— при ходе в свободной воде с недогрузкой ПД в швартовном режиме (кри-
вая-4);
— в швартовном режиме и при ходе в свободной воде с некоторой перегрузкой
ПД в диапазоне между характеристиками, соответствующими этим режимам (кри-
вая 5);
— в швартовном режиме с недогрузкой ПД при ходе в свободной воде (кри-
вая 2).
ГЭУ по системе Г-Д с экскаваторной внешней характеристикой генераторов
и нерегулируемым потоком возбуждения ГЭД применяются на многих судах. При
ручном (ступенчатом или плавном) регулировании потока возбуждения ГЭД может
быть обеспечено использование полной мощности и работа без перегрузки элементов
ГЭУ (кривая 7).
Такая же характеристика обеспечивается при экскаваторной внешней характе-
ристике генераторов и автоматическом регулировании потока возбуждения ГЭД,
например при автоматическом регулировании Фд =/ (7Д) с положительной жесткой
обратной связью по току главной цепи. Механическая характеристика такой ГЭУ
(кривая 7) наиболее близка к желаемой кривой АБВГ (см. рис. 1.4.1) и является
огибающей семейства механических характеристик с разными значениями Фд; она
обеспечивает использование полной мощности первичных двигателей в нужном
диапазоне.
Схема ГЭУ, обеспечивающая крутопадающую механическую характеристику
при Фд = const, показана иа рис. 1.4.11, а. В качестве возбудителя генератора ВГ
применен генератор постоянного тока с тремя обмотками возбуждения- независи-
39
Рис. 1.4.11. Схема (а) и механические харакгеристики (б-д) ГЭУ
по системе Г - Д с трехобмоточным возбудителем.
1 — механические характеристики ГЭД; 2 — характеристика винта
для основного режима.
мой ОНВ, самовозбуждения ОСВ и отрицательной обратной связи по току главной
цепи ОСТ. Управление ГЭД производится изменением силы и направления тока в
обмотке ОНВ с помощью поста управления ПУ. В цепях обмоток возбуждения
предусмотрены установочные сопротивления, с помощью которых можно несколько
изменять положение механической характеристики (рис. 1.4.11, б— д). При измене-
нии установочного сопротивления 1СУ в цепи ОСВ (Д’ > Д, > Д',' ) точка холостого
хода на характеристие перемещается; с увеличением сопротивления частота враще-
ния уменьшается (рис. 1.4.11, б). Изменение 2СУ (Д' >Д2 > Д'' ) влияет на значе-
ние момента стоянки ГЭД: чем больше сопротивление, тем больше значение момента
(рис. 1.4.11, в). Регулирование потока возбуждения ГЭД изменением сопротивления
ЗСУ (Д'3 > Д3 > R" ) меняет положение механической характеристики в соответст-
вии с рис. 1.4.11, г. При изменении тока в цепи ОНВ с помощью сопротивления
4СУ (R't > Ra > R'f) механическая характеристика перемещается, как показано на
рис. 1.4.11,0.
§ 1.5. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ГЭУ
РАЗЛИЧНЫХ СУДОВ
1.5.1. Состав оборудования и схем ГЭУ. На примере ГЭУ переменно-постоянного
тока рассмотрим возможный состав оборудования установки. В состав ГЭУ входят:
— источники электроэнергии — генераторы (Г) с первичными двигателями
(ПД);
- силовые полупроводниковые преобразователи (ПП);
— гребные электродвигатели (ГЭД);
— возбудители генераторов (ВГ) и гребных электродвигателей (ВД);
— щит электродвижения (ЩЭД);
— пульт управления электродвижением (ПЭД);
— посты дистанционного управления (ПДУ);
— щитки сигнализации (ЩС).
Функциональная схема ГЭУ переменно-постоянного тока приведена на рис. 1.5.1.
Г ребные электродвигатели жестко соединяются с гребными
валами. На гребном валу монтируется валоповоротное устройство, с помощью
которого во время ремонтов и перед пуском проворачиваются гребной вал и ротор
ГЭД.
Главные генераторы приводятся первичными двигателями, устанав-
ливаются обычно на общих с ними рамах и могут иметь один или два опорных под-
шипника. Охлаждение подшипников осуществляется от общей системы смазки ПД.
40
Силовые полупро водников ые преобразователи выпол-
няются в виде щита или шкафа, в котором размещены полупроводниковые венти-
ли (управляемые или неуправляемые) и элементы схемы управления, защиты
и контроля вентилей. Принудительное охлаждение (водяное или воздушное) позво-
ляет увеличить нагрузки на вентили и сократить их общее количество. Предпочти-
тельным является воздушное охлаждение от отдельных электровентиляторов через
воздухоохладители.
Возбудители служат для питания обмоток возбуждения главных элек-
трических машин. При индивидуальном возбуждении каждый возбудитель питает
обмотку только одной машины; при групповом возбуждении от одного возбудите-
ля питаются обмотки нескольких машин. Как правило, ГЭД имеет индивидуальное
возбуждение, а все генераторы одного ГЭД или контура — групповое возбуждение
от общего возбудителя. Применяются машинные, электромашинные и статические
возбудители. Машинные возбудители ГЭД и генераторов контура соединяются меж-
ду собой и с приводным двигателем и представляют единый возбудительный агре-
гат на общей раме; предусматривается резервный агрегат, который может включать-
ся в работу взамен любого основного агрегата (иа рис. 1.5.1 — ВГЗ и ВДЗ). Статичес-
кие возбудители встраиваются в щиты электродвижения или выполняются в виде
отдельных шкафов; резервирование достигается снижением коэффициента исполь-
зования по току и напряжению вентилей, что обеспечивает нормальную работу воз-
будителя при выходе из строя нескольких вентилей или параллельных цепей. Это
позволяет обеспечить высокую надежность возбудителей и упростить схему воз-
буждения. При разработке тиристорных возбудителей необходимо предусматривать
конструктивно-схемные мероприятия по уменьшению их влияния на качество напря-
жения питающей сети.
Щит электродвижения служит для подготовки ГЭУ к работе, набора
схем главного тока и возбуждения (включение в схему электрических машин и воз-
будителей) , управления системой возбуждения и контроля за работой ГЭУ. В щит
встраиваются избирательные переключатели цепи главного тока, переключатели
возбудительных агрегатов, автоматы питания вспомогательных механизмов ГЭУ
и другая аппаратура управления, защиты, блокировки, сигнализации и контроля.
На щите обычно устанавливается мнемосхема. Если предусматривается вахтенное
обслуживание, в щит встраиваются также местный пост управления ГЭД, переклю-
чатель постов управления и машинный телеграф.
Пульт управления электродвижением предназначен для
дистанционного контроля за работой ГЭУ и управления ГЭД и обычно устанавлива-
ется в центральном посту управления. В пульт встраиваются приборы машинного
41
телеграфа, посты управления ГЭД, переключатели постов управления, измеритель-
ные приборы и аппаратура сигнализации и контроля. При отсутствии вахты у щита
электродвижения в пульте устанавливаются элементы дистанционного управления
коммутационными аппаратами, позволяющие производить дистанционный набор
схемы, а также пуск и остановку вспомогательных механизмов (иасосов, вентиля-
торов) , обслуживающих ГЭУ.
Пост дистанционного управления служит для управления ГЭД
судоводительским составом и в эксплуатационных режимах является основным
постом. Пост включает в себя устройство для регулирования задающего сигнала в
цепях возбудителей главных электрических машин и необходимые элементы изме-
рения и сигнализации. Конструктивно посты управления выполняются в двух вари-
антах: совмещенными с машинным телеграфом и отдельно стоящими.
В последнем случае посты управления, называемые обычно задатчиками мощ-
ности, соединяются с машинным телеграфом с помощью механической или электри-
ческой передачи.
Щитки сигнализации служат для представления информации о'работе
ГЭУ; в них встраиваются сигнальные лампы, а При необходимости — измерительные
приборы и мнемосхема.
Соединение между собой (взаимосвязь) всех элементов и аппаратуры ГЭУ
показывается на принципиальных схемах, в перечень которых входят:
а) схема главного тока — схема, определяющая состав н соединение между
собой всех элементов цепи главного тока (электрические машины, контакты изби-
рательных переключателей, аппараты защиты и регулирования, измерительные при-
боры и т. п.). На схеме показываются места включения элементов системы регули-
рования и приводятся режимы работы ГЭУ;
б) схема возбуждения — схема, определяющая состав и соединение основных
и резервных возбудителей и обмоток возбуждения главных электрических машин
с помощью переключателей возбудителей и избирательных переключателей. На схе-
ме показывается включение ручных регуляторов возбуждения, разрядных и настро-
ечных резисторов, элементов защиты и измерительных приборов цепей возбуж-
дения;
в) схема управления и регулирования — схема, определяющая состав и соедине-
ние постов управления, а также цепей управления и обратных связбй возбудителей.
На схеме показывается включение элементов стабилизации, установочных и настро-
ечных сопротивленией, элементов защиты, блокировки и сигнализации.
Схемы возбуждения, управления и регулирования часто объединяются;
г) схема сигнализации — схема, определяющая состав и соединение всех прибо-
ров сигнализации (лампы, табло, звуковые сигналы и т. п.) с необходимой аппара-
турой защиты и контроля;
д) схема управления дизелями — схема, определяющая состав электропневма-
тических вентилей и их соединение с переключателем режимов работы или постом
управления ГЭД, а также состав и соединение элементов защиты и сигнализации.
На схеме показываются связи со схемой управления и регулирования ГЭД;
е) схема питания вспомогательных механизмов ГЭУ от общесудовой электро-
станции с автоматическими выключателями, элементами защиты и сигнализации.
Кроме принципиальных схем разрабатывается схема соединений (монтажная),
показывающая соединения составных частей проводами и кабелями, а также мес-
та их ввода и присоединения.
1.5.2. Компоновка оборудования ГЭУ. Расположение элементов гребной уста-
новки во многом определяется назначением и типом судна, однако существуют
и рекомендации, общие для всех судов.
Греби ые электродвигатели обычно размещаются в отдельном
помещении в кормовой оконечности судна, но могут размешаться и вместе с гене-
раторными агрегатами. В первом случае уменьшаются длина и масса валопровода,
что позволяет сократить суммарный объем машинных помещений, а также рацио-
нально использовать острые обводы судна. Однако при размещении и выборе ГЭД
необходимо предусматривать возможность их нормального обслуживания, разбор-
ки и ремонта.
42
Пары масла, топлива и
влаги, имеющиеся в поме-
щении, где размещены ГЭД,
в сочетании со щеточной
пылью приводят к ухудше-
нию изоляции, что особенно
сказывается на работе ма-
шин постоянного тока. Не-
обходимо стремиться к то-
му, чтобы ГЭД и механи-
ческое оборудование, не
связанное непосредственно
с обеспечением его работы,
размещались в разных по-
мещениях. Не следует рас-
полагать ГЭД и генератор-
ные агрегаты (особенно с
дизельным приводом) в од-
ном машинном отделении.
Если этого не удается избе-
жать, что особенно часто
Рис. 1.5.2. Схема расположения машинного отделения
на дизель-электроходе „Днепрогэс”.
J — ГЭД; 2 — вспомогательный дизель-генератор;
3 — вспомогательный котел; 4 — главный дизель-
генератор (ГДГ); 5 — ЦПУ; 6 - отделение вспомо-
гательных механизмов.
бывает на малых судах, то следует выполнять ГЭД с
замкнутой системой вентиляции.
Генераторные агрегаты не имеют жесткой связи с гребными вала-
ми и поэтому могут располагаться в любой части судна.
Применение быстроходных дизель-генераторов, имеющих сравнительно малые
массу и габариты, позволяет располагать оборудование ГЭУ в два яруса, с размеще-
нием генераторных агрегатов на платформе. Двухъярусная компоновка ГЭД и
дизель-генераторов в кормовой оконечности судна позволяет значительно сократить
общую длину машинных отделений (рис. 1.5.2).
Сокращение общей длины машинных отделений при применении турбоэлектри-
ческих гребных установок также может быть достигнуто путем двухъярусного раз-
мещения оборудования (рис. 1.5.3).
Таким образом, при размещении основного электрооборудования ГЭУ можно
рекомендовать;
1) размещать ГЭД в отдельных помещениях с учетом обеспечения минимальной
длины гребного вала; при этом вблизи ГЭД не должны прокладываться трубопро-
воды и маслопроводы, имеющие фланцевые соединения;
2) размешать генераторные агрегаты в отдельных помещениях и не устанавли-
вать в иих другого электрооборудования ГЭУ (щитов, преобразователей и т. п.)„
для которого необходимо предусматривать отдельные помещения;
3) при достаточной высоте борта и особенно при кормовом расположении ма-
шинных отделений принимать двухъярусное расположение электрооборудования;
4) предусматривать звукоизоляцию помещения, в котором размешаются ди-
зель-генераторы; в нем не должны устанавливаться вспомогательные механизмы,
требующие постоянного обслуживания на ходу судна;
5) выделять отдельные помещения для вспомогательных механизмов машинной
установки.
Полупроводниковые преобразователи цепи-главноготока
не рекомендуется располагать в дизель-генераторных помещениях; размешать их
следует вместе со щитами электродвижения или в специальных помещениях непо-
средственно над ГЭД. Одиако в некоторых случаях, особенно в ГЭУ переменно-
постоянного тока большой мощности, с целью сокра-
щения длины шинопровода переменного тока целе- _______________
сообразно размещать силовые выпрямители непо- ?
средственно вблизи генераторов. J —ч
Рис. 1.5.3. Схема двухъярусного расположения турбо- Г71 г-, г \
электрической установки. ।Д, Ц [________J j
1 — ГЭД и ЩЭД; 2 — главный турбогенератор (ГТГ); . ~~ Ч__т ______
3 — отделение вспомогательных механизмов.
43
Возбудительные агрегаты (В А) и статические возбу-
дители не следует размещать в дизель-генераторных помещениях; агрегаты
целесообразно устанавливать в помещениях, где располагаются ГЭД, или в специаль-
ных помещениях, статические возбудители — вместе со щитами электродвижения
или в специальных помещениях.
Щиты электродв'ижеиия устанавливаются с учетом расположения
трасс главного тока в антишумовых выгородках машинных отделений, на платфор-
мах в помещениях, где размещаются ГЭД, или в специальных помещениях.
Пульт управления злектродвижением располагается,как
правило, в специальном помещении для дистанционного управления механической
установкой судна - центральном посту управления (ЦПУ). Иногда, при отсутствии
дистанционного управления аппаратами главной цепи, для удобства управления
ГЭД пульт управления устанавливают в помещении щита электродвижения или сов-
мещают пульт и щит в одной конструкции.
Местный пост управления (МПУ) встраивается в щиты или пульт
электродвижения. Команды об изменении направления и частоты вращения ГЭУ
подаются с помощью машинного телеграфа; местный пост рекомендуется механи-
чески связывать с прибором машинного телеграфа так, чтобы исполнение команды
с помощью МПУ репетовалось схемой машинного телеграфа.
Пост дистанционного управления (ПДУ) устанавливается
в ходовой рубке, и управление им обычно осуществляется с помощью рукояток
тумб машинного телеграфа (при отключенной схеме телеграфа). На судах повышен-
ной маневренности и при больших размерах ходовой рубки в ией устанавливается
несколько тумб машинного телеграфа (в том числе обязательно по бортам), связан-
ных между собой и с ПДУ механической или электрической передачей. На судах,
требующих точного маневрирования, могут устанавливаться дополнительные ПДУ в
кормовой и носовой оконечностях. Переключатель ПДУ обычно располагается в
ходовой рубке, переключатель с местного управления на дистанционное размещается
на пульте или щитах электродвижения.
На рис. 1.5.4 приведена схема расположения элементов ГЭУ портового ледо-
кола.
1.5.3. Особенности ГЭУ различных судов. В основном ГЭУ применяются на су-
дах, эксплуатационные режимы работы которых имеют специфические особенности:
повышенная маневренность, резко меняющиеся условия плавания, длительная ра-
бота на пониженной мощности, продолжительные стоянки или частая работа на ма-
лых ходах с одновременной работой производственных механизмов большой мощ-
ности. Применение ГЭУ предпочтительнее для ледоколов и судов активного ледово-
го плавания, паромов и буксиров, промысловых и исследовательских судов различ-
ного назначения, судов технического и вспомогательного флота. Иногда ГЭУ при-
меняются на грузовых и пассажирских судах.
Грузовые и пассажирские суда. ГЭУ выбирается по характе-
ристике хода в свободной воде. Она должна обеспечивать максимальную скорость
судна с грузом и без него при минимальных расходах топлива и наименьших массо-
габаритных характеристиках оборудования. На постоянном токе обычно принимается
система Г-Д, иа переменном токе - ВРШ при неизменной частоте питающей сети
или ВФШ с регулированием частоты вращения изменением частоты питающего напря-
жения. С учетом КПД, надежности и простоты обслуживания главных электрических
машин предпочтительнее ГЭУ.иа переменном токе.
Ледоколы. ГЭУ выбирается по основному - швартовному режиму с уче-
том режимов работы в свободной воде, взаимодействия винта со льдом и момента
стоянки. Схема регулирования должна обеспечивать полное использование заданной
мощности ПД при изменении сопротивления движению судна в широком диапазоне
от характеристики хода в свободной воде до характеристики режима фрезерования
льда при частоте вращения нулевого упора. ГЭУ должна допускать частые реверсы
(до 30 в час); время реверса ГЭД должно быть минимальным.
Для обеспечения указанных требований обычно применяются ГЭУ постоянного
или ВФШ с регулированием частоты вращения изменением частоты питающего напря-
ГЭУ переменного тока с силовыми тиристорными преобразователями частоты, ко-
торые по основным характеристикам превосходят ранее применявшиеся ГЭУ. Для
44
Рис. 1.5.4. Схема расположения оборудования ГЭУ портового ледо-
кола.
исключения заклинивания гребного винта при его взаимодействии со льдом ГЭД
рассчитывается на наброс двух-трехкратного номинального момента, а механичес-
кие характеристики должны иметь общие точки с характеристикой Л/в+л=/(ив).
Целесцобразно обеспечивать работу каждого генераторного агрегата иа все
гребные винты или нескольких ПД на гребной винт, а также принимать двухконтур-
ные схемы главного тока, что уменьшает вероятность снижения до нуля вращающего
момента на винте в аварийных случаях и тем самым исключает возможность полом-
ки лопастей.
ГЭУ транспортных судов активного ледового плавания должны обладать ка-
чествами ГЭУ ледоколов.
Паромы. ГЭУ выбирается по характеристике хода в свободной воде с гру-
зом, а для замерзающих акваторий — по буксировочной характеристике с учетом
ледовых условий плавания. ГЭУ должна обеспечивать хорошую маневренность,
обусловленную частыми швартовными операциями (особенно для железнодорож-
ных паромов), стесненными акваториями, а также малое время реверса и выбега
парома.
Обычно применяются ГЭУ на постоянном токе по системе Г-Д с ограничением
тока или по системе неизменного тока с включением в общий контур всех ГЭД
и электродвигателей подруливающего устройства и активных рулей.
На паромах иностранной постройки применяются ГЭУ переменного тока с ВРШ.
В этом случае генераторы единой электростанции питают ГЭД и судовые по-
требители.
Б у к с и р ы . ГЭУ выбирается по буксировочной характеристике с обеспече-
нием максимального хода в свободной воде. Буксир работает в акваториях портов
при изменяющихся условиях эксплуатации (вплоть до ледовых). ГЭУ должна обес-
печивать высокие маневренные качества при использовании полной мощности ПД в
диапазоне между буксировочной характеристикой и характеристикой хода в свобод-
ной воде.
Обычно применяются ГЭУ на постоянном токе по системе Г—Д с ограничени-
ем тока, реже — по системе неизменного тока или по системе Г-Д с поддержанием
постоянства мощности.
Промысловые суда. Особенность работы промысловых судов — пере-
распределение установленной мощности генераторов в разных эксплуатационных
режимах: при переходе к месту лова — максимальный ход; при лове - устойчивый
малый ход с работой траловых лебедок; при переработке улова — малый ход или
стоянка с работой морозильной установки и оборудования перерабатывающего
цеха. Параметры ГЭУ выбираются по характеристике хода в свободной воде, мощ-
ность главных генераторов - по максимальному режиму с учетом одновременной
работы ГЭУ и производственного оборудования. ’ ’ ~
' На постоянном токе применяют систему неизменного тока с включением в об-
щий контур ГЭД и электродвигателей производственных механизмов или систему
Г-Д, в которой все генераторы могут работать на ГЭД либо часть на ГЭД, а часть —
иа производственное оборудование. На переменно-постоянном токе мржет приме-
няться единая электростанция с питанием от общих шин и ГЭД, и электродвигателей
производственных механизмов. На переменном токе применяют ВРШ с работой
45
производственного оборудования от общих шин или ВФШ с питанием производствен-
ного оборудования от части главных генераторов.
Исследовательские суда. На океанографических, гидрографичес-
ких и подобных им судах обычно устанавливаются мощные глубоководные лебед-
ки и научно-исследовательское оборудование. До 80% времени в эксплуатации
этих судов занимает работа на малых ходах или при дрейфе с удержанием судна
против волны, в то же время при плавании от тропиков до арктической зоны ГЭУ
должна обеспечивать максимальный ход.
Применяются ГЭУ иа постоянном токе, обеспечивающие широкий диапазон
плавного регулирования скорости судна по системе неизменного тока с включени-
ем в общий контур электроприводов научно-исследовательского оборудования,
а в условиях ледового плавания — по системе Г-Д с поддержанием постоянства
мощности и режимом раздельной работы генераторов на ГЭД и электроприводы
лебедок.
Суда технического и вспомогательного флота. К су-
дам этой группы относятся земснаряды, плавкраны, кабелеукладчики, пожарные
суда, плавучие буровые установки и т. п. ГЭУ этих судов должна обладать хорошими
маневренными качествами. На малых ходах или при стоянках должна также обеспе-
чиваться работа мощных производственных механизмов.
На постоянном токе применяется система неизменного тока с включением в
общий контур электродвигателей подруливающих устройств, активных рулей и про-
изводственных механизмов. При применении ГЭУ переменно-постоянного тока
целесообразно создавать единую судовую электростанцию и использовать главные
генераторы для питания судовых потребителей. ГЭУ иа переменном токе могут
применяться с использованием главных генераторов для питания производственных
механизмов.
1.5.4. Условия работы, надежность, живучесть. Электрооборудование ГЭУ
должно надежно работать в условиях постоянной вибрации корпуса (а у ледоколов
и частых сотрясений при ударах корпуса о лед), повышенной температуры и влаж-
ности окружающего воздуха (особенно в машинных отделениях и на открытых
местах), длительной качки судна, крена и дифферента. Значения этих величин, ха-
рактеризующих условия работы электрооборудования иа судах, установлены Пра-
вилами Регистра СССР (см. § 1.6). Кроме того, электрооборудование должно рабо-
тать при наличии в окружающем воздухе паров воды, масла и топлива, а также при
попадании на него влаги. Для работы в этих условиях должно применяться электро-
оборудование в морском исполнении, конструкция которого учитывает все указан-
ные особенности. Электрооборудование и аппаратура, предназначенные для берего-
вых условий работы, не могут применяться в схемах и конструкциях элементов ГЭУ
без специального одобрения Регистром СССР.
При выборе и создании электрооборудования следует учитывать условия его
расположения на судне. Необходимо обеспечивать свободный доступ ко всем эле-
ментам и частям оборудования, требующим постоянного обслуживания во время
работы, и возможность разборки с выемом крупногабаритных узлов и деталей
(например, роторов генераторов) для производства ремонтных работ иа месте.
Следует предусматривать различные средства механизации и приспособления для
производства ремонтных работ: рымы, тали, тельферы, отжимные болты и т. п.
В целях облегчения эксплуатации и повышения надежности работы ГЭУ рекоменду-
ется при проектировании принимать возможно более простые решения. Усложне-
ние схем и оборудования и увеличение объема автоматизации целесообразно только
в случаях, обусловленных спецификой работы судна или экономически оправдан-
ных.
Повышение надежности работы ГЭУ в целом и всех ее элементов имеет перво-
степенное значение, поскольку выход из строя того или иного элемента может при-
вести к остановке судна с возможными неблагоприятными последствиями. По-
этому в схемах ГЭУ должны применяться наиболее надежные элементы в морском
исполнении, а сами схемы ГЭУ должны обладать высокой живучестью и обеспечи-
вать сохранение хода в аварийных случаях. Каждый ГЭД (или его якорь) рекомен-
дуется питать как минимум от двух генераторов. На одновинтовых судах с большой
автономностью плавания желательно применять двухъякорные ГЭД, а на ледоко-
46
/и
лах - двухкоитурные схемы главного тока для каждого гребного винта. Главные
электрические машины с принудительной вентиляцией должны оборудоваться
двумя вентиляторами, каждый из которых обеспечивает нормальную работу маши-
ны. На выходе воздуха из машин постоянного тока рекомендуется установка филь-
тров для улавливания щеточной пыли; целесообразно также предусматривать от-
дельные вентиляторы для отсоса воздуха из полости коллекторов с выбросом его
наружу.
Требования по высокой надежности ГЭУ особенно важны применительно к
мощным ледоколам. Опыт эксплуатации показал, что при околке застрявших судов
в тяжелах льдах ледокол должен проходить непосредственно вблизи борта судна.
В этот момент работа ГЭУ должна быть весьма надежной, так как в случае отказов
в установке возможны потеря управляемости и столкновение ледокола с судном,
что чревато самыми тяжелыми последствиями.
Другим важным фактором, определяющим необходимость высокой надежности
ГЭУ, является большая автономность плавания, т. е. длительное время работы
ледокола без захода в порты, а также индивидуальная работа ледокола при вскрытии
ледовых полей и перемычек.
Защита гребной установки должна действовать селективно и надежно обесто-
чивать и отключать только аварийные элементы ГЭУ, при этом остальная часть ГЭУ
должна оставаться в работе.
Рекомендуется автономное возбуждение схемы каждого ГЭД или его якоря;
возбудители следует выбирать с учетом необходимой форсировки возбуждения
в переходных режимах. Возбудители должны иметь переключаемый резерв. Для
полупроводниковых приборов следует принимать коэффициент загрузки 0,6-0,7 и
выбирать их по максимальным значениям тока и напряжения в переходных режимах.
К изоляции токоведущих частей высоковольтных схем главного тока должны
предъявляться повышенные требования, трассы кабелей и шинопроводов должны
прокладываться в специальных коридорах. При выборе материалов следует учиты-
вать требуемый срок службы и возможность проявления усталости материалов.
Все элементы ГЭУ должны отличаться достаточной прочностью конструкции, обес-
печивающей безотказную работу при эксплуатации ГЭУ в течение заданных периодов
работы без непосредственного обслуживания до капитального (заводского) ре-
монта.
§ 1.6. ОСНОВНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГЭУ
1.6.1. Общие положения. Основные нормативные требования к ГЭУ, обеспе-
чивающие условия безопасного плавания судов, установлены Правилами Регистра
СССР.
Регистр СССР — орган государственного технического надзора и классифика-
ции гражданских судов. Надзорная деятельность осуществляется на основании
издаваемых Регистром Правил и имеет целью определить, отвечают ли Правилам
Регистра и дополнительным требованиям суда, подлежащие надзору, а также мате-
риалы и изделия, предназначенные для постройки и ремонта судов и их обслужива-
ния. Правила Регистра и его надзорная деятельность распространяются иа все суда,
строящиеся на класс Регистра, независимо от их государственной принадлежности.
Действующие Правила Регистра постоянно дополняются бюллетенями, в которых
учитывается опыт эксплуатации судов, анализ аварийных случаев, а также техничес-
кий прогресс и возможности промышленности. Периодически Правила Регистра
СССР переиздаются с учетом выпущенных бюллетеней. С 1 января 1982 г. вступили
в силу новые Правила, разработанные совместно Болгарским судовым регистром,
Главным управлением судоходства Министерства путей сообщения и связи Венгерс-
кой Народной Республики, Судоревизионной и классификационной организацией
ГДР, Польским регистром судов, Регистром СССР, Чехословацким регистром судов,
Румынским регистром судов. Югославским регистром судов и Регистром судов
КНДР [51].
До начала постройки судна на одобрение Регистра представляется' следующая
документация по ГЭУ (примерный перечень) :
47
— принципиальные или развернутые схемы главного тока, возбуждения, управ-
ления, контроля, сигнализации, защит и блокировок;
— результаты расчета необходимой мощности генераторов во всех режимах;
- конструктивные сборочные чертежи щитов,-постов и пультов управления;
— программы швартовных и ходовых испытаний.
По электрооборудованию ГЭУ до начала надзора за его изготовлением долж-
ны быть представлены на рассмотрение следующие материалы:
— описание принципа действия и основные характеристики;
— спецификация с перечнем комплектующих изделий и материалов с их тех-
ническими характеристиками;
— чертежи общего вида с разрезами;
— принципиальная схема;
- результаты расчета вала ротора (якоря) для машин с номинальным током
выше 1000 А;
— программа испытаний.
Объем ежегодных освидетельствований оборудования ГЭУ в период эксплуата-
ции судна установлен главой 3 части I Правил Регистра. Освидетельствованию подле-
жат генераторы, возбудительные агрегаты, гребные электродвигатели, распредели-
тельные устройства, пульты управления и контроля.
Ниже приведены основные требования к оборудованию ГЭУ, установленные
Правилами Регистра.
1.6.2. Условия работы и общие требования. Электрооборудование должно
безотказно работать:
- в условиях относительной влажности воздуха (75 ± 3)% при температуре
(45 ± 2) ° С, или (80 ± 3)% при температуре (40 ± 2) ° С, или (95 ± 3)% при темпера-
туре (25 ± 2) ° С;
- при длительном крене судна до 15° и дифференте до 5°, а также при борто-
вой качке до 22,5° с периодами качки 7—9 с и килевой до 10° от вертикали;
- при вибрациях с частотой от 5 до 30 Гц и амплитудой 1 мм для частот от 5
до 8 Гц и с ускорением 0,5 g (5 м/с2) при частотах от 8 до 30 Гц;
— при ударах с ускорением 3g (30 м/с2) с частотой от 40 до 80 ударов в мину-
ту*.
В качестве номинальных рабочих температур окружающего воздуха и охлажда-
ющей воды для электрооборудования должны приниматься значения, приведенные
в табл. 1.6.1.
Напряжения цепей не должны превышать следующих значений, В:
Цепи
Постоян- Перемен-
ный ток ный ток
Главного тока
Управления
Сигнализации
1200*
220
220
11 000
380
220
* На клеммах генераторов или между двумя любыми точками в цепи.
Применение более высоких напряжений является в каждом случае предметом
специального рассмотрения Регистром.
Изоляционные материалы частей электрооборудования, находящихся под на-
пряжением, должны обладать соответствующей диэлектрической прочностью, быть
устойчивыми к действию токов утечки по поверхности, влаго- н маслостойкими и
достаточно прочными. Температура нагрева токоведущих частей при номиналь-
ной нагрузке не должна превышать допустимой температуры нагрева изоляционных
материалов.
*В том случае, если нет других специальных дополнительных требований для
данного конкретного судна.
48
Таблица 1.6.1. Номинальные рабочие температуры окружающего воздуха
и охлаждающей воды, ° С
Место р а спо ложения оборудования Неограниченный район плавания Плавание вне тропической зоны
Температура окружающего воздуха Температура ох лаждающей воды Температура окр ужающего воздуха Температура охлаждающей воды
Машинное отде- ление Открытые палу- бы Другие помеще- ния От 45 до 0 От 45 до - 30 От 40 до 0 30 От 40 до 0 От 40 до -30 От 40 до 0 25
Примечание. Учитывая условия эксплуатации и опыт проектирования,
для ледоколов целесообразно по согласованию с Регистром принимать расчетную
температуру охлаждающей забортной воды 10° С (с представлением результатов
расчета максимальной мощности, которую может развивать ГЭУ при температурах
воды, указанных в таблице) , что дает заметное снижение массогабаритных характе-
ристик оборудования ГЭУ.
Для изоляции обмоток машин, аппаратов и других ответственных устройств
должны применяться изоляционные материалы по согласованным стандартам.
Рекомендуется применение изоляционных материалов не ниже класса Е.
Сопротивление изоляции относительно корпуса, а также между фазами или по-
люсами электрооборудования с напряжением до 500 В при темйературе окружающей
среды (20 + 5) ° С и нормальной влажности должно быть не ниже следующих значе-
ний, МОм:
Род электрооборудования Электрообо- рудование в холодном состоянии Электрообо- рудование в нагретом состоянии
Электрические машины мощностью Р:
до 100 кВт при п -1000 об/мин . . 5,0 2,0
от 100 до 1000 кВт при п =
— 1000 об/мин 3,0 1,0
свыше 1000 кВт 3 R = Р + 1000
Распределительные щиты Пускорегулирующая аппаратура .... Полупроводниковые преобразователи . 1,0 5,0 10,0 —
Значения минимально допустимого сопротивления изоляции для электрообо-
рудования напряжением выше 500 В и для электрических машин мощностью более
1000 кВт являются в каждом случае предметом специального рассмотрения Ре-
гистра.
Для охлаждения неизолированных частей электрооборудования допускается
применение невоспламеияющихся жидкостей.
Электроприводы, обслуживающие ГЭУ, должны получать питание от ГРЩ.
Переключение источников питания для систем управления, регулирования,
контроля, сигнализации и защиты должно производиться автоматически, с подачей
сигнала о переключении.
49
Кабели главного тока ГЭУ должны прокладываться отдельно от кабелей более
низкого напряжения и кабелей другого назначения. Кабели и провода для цепей
питания, управления, защиты и сигнализации должны иметь многопроволочные
жилы с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм1.
В помещениях электрических машин, щитов и пультов рекомендуется преду-
сматривать электрическое отопление.
1.6.3. Первичные двигатели. При выборе двигателей для привода генераторов
необходимо учитывать снижение их мощности при эксплуатации судна в условиях
повышенной температуры воздуха и забортной воды.
Дизели должны допускать возможность работы с перегрузкой не меиее 10%
номинальной мощности в течение ие меиее 1 ч. Дизель должен иметь регулятор,
не допускающий превышения расчетной (номинальной) частоты вращения более
чем на 15%, при этом должна снижаться подача топлива, а остановка двигателя не
допускается. Кроме того, дизели должны иметь предельный выключатель, отрегули-
рованный таким образом, чтобы частота вращения двигателя ие могла превысить но-
минальную частоту вращения более чем на 20%.
Турбины должны иметь предельный выключатель, воздействующий на автомат
безопасности (быстрозапорный клапан), который автоматически прекращает до-
ступ пара в турбину, чтобы исключить возможность ее разгона более Чем на 15%
выше частоты вращения, соответствующей максимальной мощности. В дополнение
к предельному выключателю турбоагрегаты должны иметь регулятор скорости,
который при полном снятии нагрузки не допускает увеличения частоты вращения
до значения уставки срабатывания предельного выключателя.
1.6.4. Электрические машины. При замкнутой системе вентиляции электричес-
кие машины должны быть оборудованы устройствами контроля температуры вы-
ходящего воздуха и воды. В замкнутой системе вентиляции рекомендуется преду-
сматривать контроль влажности воздуха, а также автоматическую визуальную и
звуковую сигнализацию о недопустимом повышении температуры охлаждающего
воздуха.
ГЭД с принудительным воздушным охлаждением рекомендуется оборудовать
двумя вентиляторами, каждый из "которых должен обеспечивать нормальные усло-
вия работы ГЭД. Следует предусматривать световую сигнализацию о работе венти-
ляторов. Электрические машины должны быть оборудованы фильтрами очистки
охлаждающего воздуха при открытой и замкнутой системах вентиляции.
Электрические машины, охлаждаемые жидкостью, должны иметь устройство
контроля работы системы охлаждения.
При смазке подшипников под давлением должен быть предусмотрен контроль
давления и температуры масла на выходе из подшипников. Система принудительной
смазки должна быть оборудована двумя насосами, каждый из которых должен
обеспечивать нормальную работу установки. Масляная система ГЭД должна вклю-
чать в себя фильтр и расходную гравитационную цистерну для подачи масла в тече-
ние не менее 15 мин, если конструкцией подшипника не обеспечена нормальная
сма>ка на период выбега судна.
Статоры электрических машин переменного тока мощностью более 5000 кВ-А
или с осевой длиной активной стали более 1000 мм должны иметь датчики тем-
пературы, расположенные в местах, где возможны наиболее высокие темпера-
туры. Рекомендуется для каждой машины предусматривать не меиее 6 дат-
чиков.
Для машин ГЭУ следует принимать меры, препятствующие протеканию блужда-
ющих токов через подшипники скольжения.
Машины постоянного тока должны иметь смотровые окна для наблюдения
за состоянием коллектора и щеток без демонтажа крышек. Для якорей массой
более 1000 кг должна быть предусмотрена возможность обработки коллектора
без выема якоря из машины.
Электрические машины должны иметь обогрев для поддержания температуры
по крайней мере на 3° С выше температуры окружающего воздуха. Под главными
генераторами и ГЭД должно быть установлено стационарное освещение.
Нижняя часть генераторов и ГЭД, расположенная под настилом, по защите от
воды должна иметь исполиеиие не ниже IPX6. Если же она располагается в специаль-
50
ном сухом отсеке или защищается от попадания воды водонепроницаемым фун-
даментом, может быть допущено исполнение IPX3.
Коллекторные машины при любой нагрузке от холостого хода до номиналь-
ной должны работать практически без искрения. При перегрузках, реверсах и пус-
ках появляющееся искрение не должно приводить к повреждению щеток и кол-
лектора.
Генераторы 1ЭУ допускается использовать для питания судовых потребителей
при условии обеспечения стабильности напряжения и частоты во всех режимах,
в том числе и маневровых.
1.6.5. Возбуждение и управление. Система возбуждения машин ГЭУ должна
получать питание не менее чем от двух преобразователей электрической энергии;
в случае выхода из строя одного из них остальные должны обеспечить возбуждение
даже при увеличенной нагрузке, требуемой во время маневров. Допускается питание
систем возбуждения машин ГЭУ от шин ГРЩ при условии обеспечения Их питания
в любых режимах. При использовании возбудителей для питания других потребите-
лей должна быть предусмотрена блокировка, предотвращающая использование
этого питания во время работы ГЭУ. Это требование не относится к резервным
возбудителям.
В цепях возбуждения не должны устанавливаться автоматические выключатели,
за исключением тех, которые действуют на возбуждение машин при коротких замы-
каниях или повреждениях в цепи главного тока. Цепи возбуждения должны быть
оборудованы устройствами гашения энергии магнитного поля при отключении об-
моток возбуждения.
В случае размыкания цепи возбуждения ГЭД постоянного тока одновременно
должно происходить немедленное снятие возбуждения генератора. Это требование
может ие учитываться, если применены специальные автоматические системы, при
которых развозбуждение генераторов не требуется.
При использовании схемы последовательного соединения генераторов постоян-
ного тока должны быть предусмотрены устройства защиты, предотвращающие из-
менение направления вращения генераторного агрегата при частичной или полной
потере вращающего момента первичным двигателем.
Должны быть приняты меры для ограничения или использования энергии ГЭД
при переходных режимах или реверсах, если эта энергия может вызвать чрезмерное
увеличение частоты вращения первичных двигателей генераторов.
Для ГЭУ должен быть предусмотрен основной пост управления, расположен-
ный в машинном отделении или специальном помещении.
Допускается установка дополнительных постов дистанционного управления,
расположенных в местах, откуда осуществляется управление судном. При наличии
нескольких постов управления ГЭУ должен быть предусмотрен переключатель
постов с блокировочным устройством, не допускающим переход с одного поста на
другой без снятия возбуждения с ГЭУ. Это должно осуществляться установкой
рукоятки работающего поста в положение „стоп”. Начало работы ГЭД с вновь
включенного поста должно осуществляться только через положение „стоп”.
Система дистанционного управления ГЭУ должна иметь такую конструкцию,
чтобы не требовалось выдержки времени со стороны персонала при перекладке
рукояток поста управления в ходовой рубке (на мостике).
Если управление со щита или с пульта ГЭУ осуществляется постом с электричес-
ким, пневматическим или гидравлическим приводом, то выход этого привода из
строя ие должен сопровождаться отключением ГЭУ, а каждый из постов на щите
или пульте должен быть готов к управлению вручную.
На каждом посту управления, должна быть сигнализация о готовности к работе
и наличии напряжения в цепях управления.
1.6.6. Защита. Системы ГЭУ должны иметь защиту от заземления, которая дол-
жна быть рассчитана так, чтобы ток утечки не превышал 20А.
Для ГЭУ переменного тока напряжением 1000 В и выше должна применяться
только трехпроводная система распределения электрической энергии с нулевой
точкой, заземленной непосредственно на корпус судна или через резистор (реактор).
Полное сопротивление заземления нулевой точки должно быть подобрано таким
образом, чтобы ток короткого замыкания на корпус судна не превышал номиналь-
51
Таблица 1.6.2. Рекомендуемые цвета световой сигнализации
По ОСТ 5.6025-72 Состояние оборудования, параметра, ттйыгттакст nnwvoTnnnM пгшпппртря IfBHJHO Аварийное состояние (положение). Произошло аварийное включение или отключение. Параметр вышел за пре- делы допустимых значений. Запреще- но производить действие, операцию, манипуляцию Предав арийное состояние (поло- жение) . Параметр приблизился к пределам допустимых значений Включенное состояние, наличие пи- тания. Параметры находятся в допус- тимых пределах. Открытое, подня- тое положение. Разрешение произво- дить действие, операцию, манипуля- цию 1 Отключенное состояние. Закрытое, опущенное положение. Вызовы, над- писи и другая осведомительная ин- формация
Значение сигнала Аварийное сос- тояние Опасность Предупрежде- ние о приближе- нии аварии, опас- ности Осведомление о безопасности 1 i
। По правилам Регистра СССР Состояние устройства | Постоянный сигнал Устройство находится в аварийном состоянии. Па- раметр достиг недопусти- мого предела. Обстоятель- ства, угрожающие безопас- ности судна, людей, груза. Общий аврал Устройство или меха- низмы работают в номи- нальном режиме. Пара- метры являются номи- нальными Механизмы и устройства подготовлены к работе или работают в автоматизиро- ванном режиме. Парамет- ры номинальные Визуальная сигнализация на мнемосхемах. Надписи, касающиеся автоматическо го режима. Другие инфор- мационные данные
1 Мигающий сигнал 1 Устройство работает в предаварийном режиме. Параметр приближается к значениям, характер- ным для предаварийно- го режима. Необходимо принятие немедленных мер Устройство работает, но имеются отклонения от нормального режима. Не требуется немедлен- ного вмешательства Устройство или меха- низмы включились в ра- боту с резервного состо- яния 1 1
Значение сигнала ; Аварийное состояние. Опасность Внимание Безопас- ность Безопас- ность Общая ин- формация
о п 1 Красный Желтый Зеленый Синий Белый (молочный)
52
ный ток генератора, но был не менее трехкратного значения тока, необходимого
для срабатывания каждой из примененной защит от замыкания на корпус судна.
В системах переменного тока генераторы и ГЭД мощностью 1000 кВ • А и более
должны иметь дифференциальную защиту, действующую на отключение цепей воз-
буждения или поврежденного участка.
ГЭУ должна иметь:
- максимальную защиту и защиту от перегрузок. Действие защиты от перегру-
зок должно предваряться включением световой и звуковой сигнализации;
— нулевую защиту от самопроизвольного пуска ГЭД после срабатывания лю-
бой защиты;
— защиту ГЭД от чрезмерного повышения частоты вращения при поломке
или оголении гребного винта, обеспечиваемую системами возбуждения и автома-
тики;
— защиту от коротких, замыканий.
Применение в качестве защиты плавких предохранителей в главных цепях и
цепях возбуждения не допускается.
Блокировка должна исключать возможность:
— неправильных включений (при наличии определенной последовательности
операций по коммутации цепей);
— переключений под током или ошибочных включений аппаратов, которые
предназначены для оперативных переключений при снятом напряжении;
— пуска ГЭД при включенных вапоповоротных устройствах;
— управления ГЭД более чем с одного ПУ одновременно.
1.6.7. Измерительные приборы и сигнализация. В ГЭУ должны быть предусмот-
рены по крайней мере следующие измерительные приборы для постоянного и непо-
средственного контроля за характеристиками системы, влияющими иа работу ГЭУ:
амперметр и вольтметр в цепи главного тока; амперметр и вольтметр в цепях воз-
буждения для систем с регулируемым возбуждением; тахометр гребного вала или
ГЭД.
При переменном токе дополнительно предусматриваются частотомер и синхро-
низирующее устройство для включения генераторов на параллельную работу.
Системк электродвижения должна быть оборудована приборами контроля
сопротивления изоляции. В цепях главного тока должны быть предусмотрены непре-
рывный контроль, а также визуальная и акустическая сигнализация, действующая
при уменьшении сопротивления изоляции.
Рекомендуемые цвета визуальной сигнализации приведены в табл. 1.6.2. Приме-
нение иных способов визуальной сигнализации (например, буквенных символов) яв-
ляется в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром.
Глава 2
ГЭУ АТОМНОГО ЛЕДОКОЛА „ЛЕОНИД БРЕЖНЕВ"
§ 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Самый мощный в мире атомный ледокол „Леонид Брежнев” построен на Бал-
тийском судостроительном заводе им. С. Орджоникидзе и вступил в эксплуата-
цию в 1975 г. [18,46],
Основные данные судна:
Длина наибольшая, м.................................... 147,9
Длина по конструктивной ватерлинии, м................... 136,0
Ширина наибольшая, м .................................... 29,9
Ширина по конструктивной ватерлинии, м..................... 28,0
Высота борта до верхней палубы, м ....................... 17,2
Осадка по конструктивной ватерлинии, м .................. 11,0
Водоизмещение, т:
порожнего судна...................................... 19 300
наибольшее............................................. 23 460
Мощность главных турбогенераторов, л. с. (кВт)............ 75 000
(55 200)
Распределение мощности по винтам........................ 1:1:1
Максимальная скорость, уз................................ 21
Ледокол „Леонид Брежнев” построен по Правилам и под техническим надзо-
ром Регистра Союза ССР и удовлетворяет требованиям „Международной конвенции
по предотвращению загрязнения моря нефтью 1954 г.” с дополнениями 1962 и
1969 гг., „Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1960 г.”
и „Международной конвенции о грузовой марке 1966 г.” Ледокол может кругло-
годично осуществлять проводку транспортных судов на трассах Северного морского
пути с выполнением всех видов ледокольных работ.
По своему типу ледокол „Леонид Брежнев” трехвальный турбоэлектроход
с избыточным надводным бортом, четырьмя палубами, баком и развитой пятиярус-
ной средней надстройкой.
Энергетическая установка ледокола состоит из атомной паропроизводящей
установки (АППУ), паротурбинной установки, судовой электростанции, котельной
установки ij ряда других вспомогательных установок.
АППУ расположена в специальном отсеке в средней части ледокола, что обеспе-
чивает наилучшие условия для дифферентовки, радиационную безопасность, необ-
ходимую защиту при авариях и минимальную длину паропроводов. В АННУ входят
два атомных блока, каждый из которых имеет один реактор, четыре парогенератора,
четыре двухскоростных циркуляционных насоса первого контура, компенсаторы
объема, ионообменные фильтры и другое оборудование.
Паротурбинная установка состоит из двух главных турбогенераторов мощнос-
тью 37 500 л. с. (27 600 кВт) каждый. Главная турбина турбогенератора приводит
во вращение непосредственно (без редуктора) три соединенных последовательно
специальными муфтами генератора переменного тока. Длина каждого агрегата
19,2 м, масса 234 т.
54
Главные турбины однокорпусные, двухпроточные.
Судовая электростанция состоит из двух основных электростанций (носовой
и кормовой) и одной аварийной электростанции с напряжением сети 380 В, частотой
50 Гц. Носовая электростанция включает в себя два турбогенератора ТК2-2 мощнос-
тью по 2000 кВт и главный распределительный щит (ГРЩ), кормовая три тур-
богенератора ТК2-2 мощностью по 2000 кВт, резервный дизель-генератор мощнос-
тью 1000 кВт и ГРЩ, аварийная - два аварийных дизель-генератора мощностью
по 200 кВт и распределительный щит.
Предусмотрена длительная параллельная работа двух турбогенераторов одной
электростанции и кратковременная параллельная работа трех турбогенераторов на
время леревопя нагрузки. Специально разработанные конструкции турбогенерато-
ров имеют воздушное охлаждение, повышенную по сравнению с обычными конст-
рукциями сверх переходную реактивность для уменьшения токов короткого замы-
кания (КЗ) и коэффициент мощности 0,7 для лучшего использования генератора
по току. Питание ответственных потребителей, обеспечивающих живучесть ледокола,
осуществляется от двух электростанций, а потребителей, обслуживающих АППУ,
кроме того, и от щита аварийных дизель-генераторов.
При внезапном исчезновении напряжения в судовой сети вначале запускаются
и принимают нагрузку аварийные дизель-генераторы, затем резервный дизель-генера-
тор. От первого заработавшего аварийного дизелы’енератора получают питание
потребители АППУ, от второго — потребители, предусмотренные Правилами Регистра
СССР. После запуска резервного дизель-генератора и подключения его к шинам
кормового ГРЩ часть нагрузки с аварийных дизель-генераторов переключается на
ГРЩ, к которому также подключаются потребители, имеющие самозапуск. В период
от момента срабатывания аварийной защиты АППУ до принятия нагрузки аварийны-
ми, а затем резервным дизель-геиераторами питание ответственных потребителей
обеспечивается оставшимися в работе турбогенераторами, работающими на под-
ключенные потребители в соответствии с необходимым режимом. Для обеспечения
требующейся продолжительности работы турбогенераторов в необходимом режиме
одновременно с сигналом, идущим на запуск аварийных и резервного дизель-гене-
раторов, идет сигнал на отключение пара, поступающего к главным турбинам и дру-
гим потребителям, не связанным с обеспечением живучести АППУ. Защита генера-
торов от тока КЗ осуществляется автоматическими выключателями серии .АМ-М
с водяным охлаждением, а подключение нагрузки и защита отходящих фидеров —
автоматическими выключателями серии А3700Р, рассчитанными на повышенные зна-
чения тока КЗ.
Контролирует работу электростанций электромеханик из ЦПУ с помощью
щитовых приборов и машины централизованного контроля.
Вспомогательная котельная установка работает в режиме стоянки при нерабо-
тающей АННУ.
§ 2.2. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ГЭУ
Трехвальная ГЭУ атомного ледокола „Леонид Брежнев” является первой
отечественной установкой переменно-постоянного тока, выполненной по схеме ге-
нератор переменного тока — выпрямитель — ГЭД постоянного тока [17].
Выбранный принцип построения системы электродвижения позволил создать
двухтурбинную ГЭУ мощностью 75 000 л. с. (55 200 кВт) с уменьшенными массога-
баритными характеристиками и повышенными технико-экономическими показате-
лями по сравнению с установками на постоянном токе, применяемыми до настояще-
го времени на ледоколах.
Выбор варианта ГЭУ для самого мощного в мире ледокола производился на
основе тщательного анализа возможных вариантов систем электродвижения с учетом
опыта эксплуатации ледоколов отечественной и зарубежной постройки, а также
достижений в области электромашиностроения и полупроводниковой техники.
Значительное увеличение мощности ледокола по сравнению с мощностью уже су-
ществовавших ледоколов (например, атомохода „Ленин” в 1,7 раза) потребовало
прежде всего определить состав электрооборудования и возможность его изготовле-
55
ния и размещения в предполагаемых размерениях ледокола. Выбранный вариант
ГЭУ должен был также отвечать следующим основным требованиям:
о беспечивать высокую маневренность — широкий диапазон регулирова-
ния частоты вращения ГЭД при частых реверсах в короткие промежутки вре-
мени;
— снизить до минимума вероятность заклинивания гребных винтов за счет по-
вышения вращающего момента ГЭД при снижении его частоты вращения;
— поддерживать заданный уровень мощности в режимах взаимодействия винта
со льдом, вплоть до минимальной частоты вращения;
— обеспечивать высокую экономичность и надежность работы.
Опыт эксплуатации ГЭУ показал, что электрические машины постоянного тока
имеют ряд недостатков, основными из которых являются: большие габариты и мас-
са, необходимость применения редуктора при сочленении генераторов с турбиной,
наличие коллектора и множества щеток. Для отсоса образующейся щеточной пыли
применяются сложные системы вентиляции с фильтрами, затрудняющими обслужи-
вание установки.
При отсутствии эффективной вентиляции щеточная пыль осаждается на обмот-
ках электрических машин, что приводит к снижению сопротивления изоляции с
вероятными аварийными последствиями. Поэтому были рассмотрены возможности
применения системы электродвижения нового типа, удовлетворяющей поставлен-
ным требованиям и не имеющей недостатков, присущих системе электродвижения
постоянного тока. При выборе варианта ГЭУ одновременно рассматривался вопрос
о целесообразности использования единых генераторов, обеспечивающих питанием
ГЭД и судовые потребители.
Рассматривались следующие системы электродвижения:
— с ГЭД постоянного тока, питаемым от генератора переменного тока через
неуправляемый выпрямитель;
— с ГЭД переменного тока, питаемым от генератора переменного тока через
вентильный преобразователь частоты;
— с асинхронным ГЭД с фазным ротором, питаемым от генератора’перемен-
ного тока и управляемым по системе вентильного каскада.
Из перечисленных систем первая оказалась наиболее просто реализуемой и по-
требовала наименьшего времени для проведения необходимых научно-исследователь-
ских и опытно-коиструкторских работ. Кроме того, указанные работы могли выпол-
няться одновременно с проектированием, что обеспечивало изготовление, испыта-
ние и поставку оборудования в намеченные сроки. Однако в системе электродвиже-
иия с неуправляемыми выпрямителями нельзя осуществлять отбор мощности для
питания судовых потребителей.
Применение генераторов переменного тока и возможность изготовления их
практически на любую частоту вращения позволили
— соединить турбину с генераторами непосредственно без редуктора;
— разработать главную турбину с оптимальными техническими характеристика-
ми;
— скомпоновать две турбины и шесть генераторов в два турбоагрегата и размес-
тить их в одном машинном отделении с допустимыми размерениями исходя из
возможной ширины ледокола и обеспечения непотопляемости, что предопределило
уменьшение длины ледокола и увеличение его ледопроходимости;
— снизить уровни шума и вибрации;
— повысить КПД всей установки примерно на 2—2,5% по сравнению с существу-
ющими ГЭУ постоянного тока.
Проектирование других вариантов систем злектродвижения предполагает
проведение ряда предварительных исследований, в частности исследований:
- системы управления большим количеством вентилей в одном плече;
— системы защиты от перенапряжений и внутренних коротких замыканий;
— работы синхронной машины на управляемый выпрямитель;
- методов улучшения формы кривой .напряжения и возможности совместной
работы с другими потребителями электроэнергии;
— устойчивости параллельной работы турбогенераторов при одновременном
питании потребителей и ГЭД;
56
Рис. 2.2'. 1. Структурная схема ГЭУ атомного ледокола „Леонид Брежнев”.
— переходных процессов в электроэнергетической системе при пуске, реверсе
и взаимодействии винта со фдом;
— возможности разработки коммутационной аппаратуры;
— конструкции ГЭД с необходимым диапазоном изменения частоты вращения;
— схемы преобразователя частоты и системы управления.
Выполнение перечисленных работ требовало длительного времени, поэтому
варианты ГЭУ переменного тока и переменно-постоянного тока с управляемыми
выпрямителями не были приняты к дальнейшему проектированию.
Вопрос о возможности и целесообразности отбора мощности для питания судо-
вых потребителей рассматривался с учетом следующих основных требований:
— обеспечения надежным питанием ответственных потребителей атомной уста-
новки;
— получения оптимальных массогабаритных характеристик и экономических
показателей главных машин ГЭУ.
При аварийном выходе из строя атомной установки в течение времени, необ-
ходимого для пуска и подключения резервных или аварийных источников электро-
энергии, питание электродвигателей ответственных механизмов, обеспечивающих
живучесть установки, может производиться либо от турбогенераторов, работающих
на остаточной паропроизводительности (т. е. за счет использования теплового выбе-
га) , либо от специально устанавливаемых для этого аккумуляторных батарей и об-
ратимых преобразователей. Второй способ значительно усложняет систему питания,
требует дополнительных помещений для размещения электрооборудования, увели-
чивает его первоначальную стоимость и последующие расходы при эксплуатации.
Расчеты показали, что при выбранном для ледокола конкретном типе АППУ
время теплового выбега главного турбогенератора мощностью .37 500 л. с.
(27 600 кВт) может оказаться недостаточным, так как оио соизмеримо со време-
нем подключения аварийных источников.
Бесперебойное питание, необходимое для потребителей первой категории,
может быть обеспечено только при помощи автономных вспомогательных тур-
богенераторов меньшей мощности. Это явилось основной причиной, по которой
отбор мощности от главных генераторов был признан нецелесообразным. Дальней-
шие испытания подтвердили правильность решения, так как оставшиеся в работе
57
вспомогательные турбогенераторы обеспечивают надежное электропитание до запус-
ка аварийных дизель-генераторов.
Другие причины, по которым отбор мощности от главных генераторов нецеле-
сообразен, связаны с массогабаритными и экономическими показателями.
Исследования подтвердили, что оптимальными являются турбина с частотой
вращения 3500 об/мин и генератор переменного тока напряжением 780 В; частотой
116,7 Гц. Однако в этом случае для отбора мощности необходима разработка спе-
циальных преобразователей частоты и трансформаторов общей мощностью около
10 000 кВт, что является сложной задачей.
Применение турбины с частотой вращения 3000 об/мин и двухполюсных гене-
раторов переменного тока частотой 50 Гц позволяет производить отбор мощности
без преобразователей, но при этом значительно ухудшаются КПД турбины и массо-
габаритные показатели генератора. Например, его масса увеличивается на 30%, а
длина — на 1,5 м. При последовательном соединении генераторов общая длина каж-
дого турбогенераторного агрегата возросла бы на 4,5 м, что не позволило бы размес-
тить их в принятых размерениях машинного отделения. Таким образом, примене-
ние для атомного ледокола „Леонид Брежнев” ГЭУ с отбором мощности оказалось
нецелесообразным.
В состав принятого варианта ГЭУ входиТ следующее основное электрооборудо-
вание (рис. 2.2.1): два главных турбогенератора ГТГ1, ГТГ2, шесть выпрямитель-
ных установок ВУ, три двухъякорных гребных электродвигателя ГЭД (ЯК — якорь
кормовой; ЯН — якорь носовой), шесть нереверсивных тиристорных возбудителей
генераторов ВГ, шесть реверсивных тиристорных возбудителей электродвигателей
ВД, три щита электродвижения ЩЭД с регуляторами Р, пульт электродвижения ПЭД
и три поста дистанционного управления ПДУ. С помощью переключателей мест
управления в ходовой рубке ПМУкр и в центральном посту управления /7Л0цпу
производится переключение постов ПДУ. Обычно для линейных ледоколов распре-
деление мощности по гребным винтам принимается в отношении 1:2:1 (например,
у атомохода „Ленин”, ледокола „Москва” и т. п.) , что считается рациональным, так
как на среднем винте, который по сравнению с бортовыми винтами менее подвер-
жен поломкам, всегда сохраняется 50% мощности установки. Однако на ледоколе
„Леонид Брежнев” такое распределение мощности было трудно реализуемым, по-
скольку возникли проблемы, связанные с изготовлением двухъякорного среднего
ГЭД мощностью 2x17 000 л. с. (2x12 500 кВт) и переработкой этой мощности
гребным винтом допустимого диаметра.
Принятое распределение мощности в отношении 1:1:1 позволило выполнить
все три ГЭД в-двухъякорном исполнении и идентичной конструкции вместе с систе-
мами возбуждения и управления. Общий технический ресурс электрооборудования
ГЭУ составляет 100 000 ч при сроке службы 26 лет для генераторов и ГЭД и 20 лет
для остального электрооборудования.
§ 2.3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЭУ
2.3.1. Главные генераторы. В качестве главных генераторов применены шесть
синхронных генераторов переменного тока типа ТК9-4 с одной обмоткой возбужде-
ний и двумя статорными обмотками, имеющими относительно друг друга фазовый
сдвиг в 27 эл. град.*, с числом выводов 12.
Генераторы типа ТК9-4 воздушного охлаждения имеют следующие номиналь-
ные данные (при температуре забортной воды не выше 10° С и расходе ее через
воздухоохладители ПО м3/ч) и массогабаритные характеристики:
* Сдвиг в 27 эл. град вместо заданных по техническим условиям 30 эл. град
объясняется особенностью конструкции генератора.
58
Полная мощность, кВ • А..................................220
Номинальная мощность, кВт................................. 9000
Напряжение, В............................................. 280
Ток фазы, А............................................... 3780
Коэффициент мощности ..................................... 0,88
Частота тока, Гц.......................................... 116,7
Частота вращения, об/мин.................................. 3500
КПД (без потерь на возбуждение), % ....................... 95,8
Напряжение возбуждения, В................................ 185
Ток возбуждения, А....................................... 250
Статическая перегружаемость................................ 1,7
Момент инерции ротора, т • м2............................. 0,625
Габаритные размеры, м....................................3,6х2,3х
хЗ,2
Масса, т . . ............................................ 37
При температуре забортной воды 25° С мощность генератора будет составлять
55% номинальной.
Генераторы выполнены брызгозащищенными, с самовентиляцией по замкну-
тому циклу через четыре воздухоохладителя, встроенные в корпус статора, с двумя
свободными концами вала. Конец вала последнего генератора турбинного агрегата
закрывается крышкой. В верхней части корпусов генераторов предусмотрена пло-
щадка для размещения выпрямительной установки.
Обмотка статора двухслойная, стержневого типа с изоляцией класса Н. Обмотка
ротора катушечного типа с изоляцией класса F.
Сопротивления обмоток и постоянные времени генератора типа ТК9-4 имеют
следующие значения: Гф = 0,0003 Ом; л$=0,14 о. е., хЛ =0,16 о. е., ТО=2,25 с;
Гр =0,4 Ом; х^=0,28 о. е., х^ = 1,12 о. е., 7"^ =0,65 с; Trf = 0,08 с; гр = 18,4Ом;
xj =0,96 о. е.,х5 =0,03 о. е., Trf =0,231 с.
Генератор имеет два выносных подшипника, смазка которых производится
турбинным маслом от судовой масляной системы гравитационного типа. Один из
подшипников (со стороны турбины) опорно-упорный.
У генератора контролируют температуры обмотки статора, активной стали
сердечника, горячего и холодного воздуха, вкладышей подшипников, сливаемого
масла.
Характеристики генератора в режимах холостого хода и КЗ представлены в
табл. 2.3.1. Обмоточные данные генератора:
Марка провода............................
Размер сплошного провода, мм:
без изоляции..............................
с изоляцией............................
Масса провода, кг........................
Соединение обмоток.......................
Статор Ротор
ПСД МТР
Число пазов.............................
7,4x1,45
7,7x1,72
840
Две группы
последова-
тельное, две
группы па-
раллельное
36
3,2x21,5
1100
Последов»
тельное
32/42
Число эффективных проводников в пазу .... 2 30
Шаг обмотки по пазам........................ 1-8 -
Число параллельных ветвей в фазе............. 2 —
Число витков на полюс........................ 3 120
59
Таблица 2.3.1. Характеристики холостого хода и короткого замыкания
генератора
Ток воз- буждения 1 в» А. Напряжение холостого хода UD, В Ток КЗ, А Ток во> буждения >‘в, А Напряжение холостого хода (70, В Ток КЗ,А
20 100 400 по 600 2400
36 200 800 132 700 2800
52 300 1200 156 800 3000
70 400 1600 184 900 3600
90 500 2000 220 1000 4000
Число полюсов............................. 4
Сопротивление при 15° С (для статора — од-
ной фазы, для ротора - обмотки), Ом....... 0,000304 0,434
Расчетный зазор под полюсами в средней час-
ти, мм.................................... 32 -
Определение КПД генератора приводится ниже:
Частота вращения, об/мин.......................... 3500
Напряжение, В . 780
Ток статора, А.................................... 3780
Ток возбуждения, А................................ 260
Полезная мощность, кВт............................ 9000
Потребляемая мощность, кВт...................... 9400,5
Коэффициент мощности .............................. 0,88
Потери, кВт:
механические.................................... 290
в стали статора ................................. 39
в меди статора................................... 30
в переходном контакте............................ 0,5
добавочные....................................... 41
Сумма потерь, кВт................................ 400,5
КПД, %.............................................. 95
2.3.2. Выпрямительные установки. В качестве выпрямительных установок
применены шесть установок типа ВУКЭП-9000-1000 мощностью 9000 кВт каждая,
представляющих собой статические вентильные устройства, которые преобразуют
трехфазный переменный ток напряжением 780 В, частотой 110—125 Гц в постоян-
ный ток напряжением 1000 В. Каждая установка состоит из двух неуправляемых
мостов, на стороне переменного тока подключенных к статорным обмоткам генера-
тора, а на стороне постоянного тока соединенных параллельно через уравнительный
реактор. Такое соединение, а также сдвиг статорных обмоток между собой на
27 эл. град позволяют осуществить 12-фазную схему выпрямления и тем самым
снизить уровни пульсаций выпрямленного напряжения до 8—10% и выпрямленного
тока до 0,5—1,0% номинального значения. Выпрямительный мост собран по трех-
фазной схеме с применением кремниевых вентилей типа ВКДД-200 и состоит из
четырех разъемных блоков: трех одинаковых силовых блоков и одного блока с
вентилятором и воздухоохладителем. Каждое плечо моста имеет 18 параллельно
60
соединенных цепочек, состоящих из двух последовательно включенных вентилей
и быстродействующего предохранителя типа ПНБ5-600/400.
Предохранителе защищают' установку от перегрузок, внешних и внутренних ко-
ротких замыканий. Кроме того, защита вентилей осуществляется системой регули-
рования и защитой ГЭУ. Вентили имеют большие запасы, по току (-250%) и напря-
жению (~ 200 %).
При повышении температуры охлаждающего воздуха выше 40 С или прекра-
щении циркуляции воздуха в системе охлаждения подаются сигналы на отключение
установки. Воздушное охлаждение осуществляется по замкнутому циклу. Конст-
руктивное исполнение установки брыэгоэащищенное, для удобства обслуживания
и ремонта предусмотрена возможность быстрой и легкой замены отдельных эле-
ментов и блоков. Габаритные размеры установки: длина 4,2 м, ширина 3,2 м, высо-
та 2,5 м. Масса 9000 кг. КПД 99%.
2.3.3. Гребные электродвигатели. Для привода гребных винтов применены три
двухъякорных ГЭД постоянного тока типа 2МП176ОО-13О. Изоляция якорной цепи
и коллектора рассчитана на 1150 В с учетом возможщах-пульсаций напряжения глав-
ной цепи до 1100 В. Изоляция обмоток класса F.
ГЭД воздушного охлаждения имеют следующие номинальные данные (при
различных нагрузках и температуре охлаждающей воды не выше 10° С, а окружаю-
щего воздуха 3—25“С) и массогабаритные характеристики:
Мощность, кВт.........................
Частота вращения, об/мин .............
Напряжение на якоре, В ...............
Ток якоря, А..........................
КПД, %................................
Напряжение возбуждения, В.............
Ток возбуждения при частоте вращения
130 об/мин, А.........................
Габаритные размеры, м.................
Масса, т..............................
2х (8800/8350/8100/8100)
130/165/178/185
1000
9200/8700/8400/8400
95,5
190
190
7,3x5,4x5,9
208
Длительная мощность электродвигателя при температуре охлаждающей воды
25“С и окружающего воздуха 40°С - 2x7500 кВт. ГЭД выполнены в каплезащи-
шенном исполнении с воздушным охлаждением по разомкнутому циклу при по-
мощи двух установленных на корпусе ГЭД электровентиляторов с выбросом возду-
ха из двигателя в помещение через четыре воздухоохладителя. Для каждого ГЭД
Таблица 2.3.2. Обмоточные данные одного якоря
Обмотка Число вит- ков на полюс Соединение Сопротивле- ние провод- ника, Ом Сопротивле- ние изоля- ции в холод- ном состоя- нии, МОм
Главных полю- 80 Последовательное 0,753 50
СОВ
Дополнительных полюсов 2 В две группы парал- лельное 0,000 246 15
Компенсацией- 2,5 То же 0,000 662 15
ная
Якоря 18 параллельных ветвей 0,001 40
Примечания. 1. Сопротивления обмоток даны при температуре окружаю-
щего воздуха 15° С.
2. Постоянная времени возбуждения 7"в =5 с.
61
Таблица 2.3.3. Характеристики холостого хода ГЭД
п = 130 об/мин л = 185 об/мин
Ток возбуж- дения I в, А Напряжение якоря {7Я, В Ток возбуж- дения iв, А Напряжение якоря С/я, В
0 25 0 34
20 230 18 280
30 345 26 380
47 490 34 483
60 595 42 585
75 695 50 690
90 790 60 800
120 892 69 890
174 1000 82 995
237 1070 100 1100
дополнительно предусмотрены два судовых вентилятора, одним из которых воздух
из полости коллекторов (~6,5 м3/с) выбрасывается на открытую палубу, а другим
чистый воздух снаружи подается в помещение, что исключает загрязнение щеточной
пылью как самого ГЭД, так и другого оборудования. ГЭД может длительно рабо-
тать и с одним вентилятором, но при этом ток якоря не должен превышать 8000 А,
а ток возбуждения в каждой магнитной системе — 150 А.
ГЭД рассчитан на стоянку под током в течение 1 мин с моментом 1,7 номи-
нального, а конструкция его выдерживает любые нагрузки, которые появляются
при плавании ледокола как в свободной воде, так и во льдах в режимах ударных
нагрузок с изменением момента сопротивления на гребном виите от номинального
до двукратного в течение расчетных значений времени 0,5 и 0,05 с. Обмоточные
данные одного якоря приведены в табл. 2.3.2.
ГЭД имеют два стояковых подшипника скольжения с дисково-ковшовой смаз-
кой. Объем масляных ванн обоих подшипников 460 л. У ГЭД контролируются
температуры подшипников, нагретого и охлажденного воздуха с помощью тер-
мометров типов ТСП и ТК100.
Характеристики холостого хода ГЭД при частотах вращения 130 и 185 об/мин
представлены в табл. 2.3.3, а определение КПД приводится ниже:
При и- Прил =
=130 об/мин —185 об/мин
Ток статора, А ..........................
Напряжение, В....................
ЭДС,В ...................................
Полезная мощность, кВт...................
Потребляемая мощность, кВт . ..........
Потери, кВт:
механические.............................
в железе якоря.........................
в меди якорной цепи . . ..............
в переходном контакте..................
добавочные (0,5%)......................
Сумма потерь, кВт .........
КПД, %:
полученный.......................
расчетный..............................
9200 8400
1000 1000
975 977
8835 8094
9200 8400
21 34
68 39
211 174
18,5 16,8
46,0 42,0
364,5 305,8
96,05 96,37
96,0 96,0
62
2 3 4 Возбудители. Для питания обмоток возбуждения генераторов и ГЭД
применены шесть нереверсивных статических возбудителей генераторов (ВГ) типа
ВАКС-150-330 с выходным напряжением 220 В, силой тока 300 A, COS sp — 0,45, КПД -
= 85% и шесть реверсивных статических возбудителей якорей ГЭД (ВД) типа
ВАКСР-150-330 с выходным напряжением 220 В, силой тока 250 A, COS ф = 0,45,
КПД = 80%.
Статические возбудители — это тиристорные преобразователи, обладающие по
сравнению с обычно применяемыми в ГЭУ машинами постоянного тока или электро-
машинными усилителями повышенными надежностью и быстродействием.
Система возбуждения выполнена индивидуальной: обмотки возбуждения
каждого генератора и якоря ГЭД получают питание от отдельных возбудителей ВГ
и ВД (см. рис. 2.2.1). Возбудители собраны по трехфазной мостовой симметричной
схеме с применением тиристоров типа ВКДУ-15О-7Б (замененных во время швар-
товных испытаний на вентили 10-го класса), обеспечивающих двукратный запас по
току и напряжению. Такие запасы, а также применение блочной конструкции, позво-
ляющей быстро заменять вышедшие из строя элементы, обеспечили высокую надеж-
ность возбудителей и дали возможность не применять резервные возбудители, как
это имеет место в схемах обычных ГЭУ, благодаря чему значительно упростилась
схема возбуждения и управления.
ВД состоит из двух нереверсивных преобразователей.
При мгновенном включении полного входного сигнала время изменения выход-
ного напряжения от нуля до номинального составляет: для нереверсивного преобра-
зователя ВГ - не более 0,06 с^ для реверсивного преобразователя ВД — не более
0,02 с.
При работе всех возбудителей, благодаря соответствующим конструктивным
решениям, коэффициент нелинейных искажений, вносимых возбудителями в пи-
тающую сеть, не превышает 5%.
Массогабаритные характеристики возбудителей:
Ширина, м.............. . ....
Высота, м ......................... .......
Глубина, м . ........ ... ..............
Масса, кг................... ...........
ВГ ВД
1,2 2,3
2,0 2,0
0,85 0,85
1500 3000
2.3-5. Пульт и щиты электродвижения. Для размещения коммутационной
и защитной аппаратуры, органов управления и сигнализации, а также контрольно-
измерительных приборов применены пульт и щиты электродвижения.
Пульт установлен в ЦПУ, а щиты электродвижения - в специальных изолиро-
Н ванных выгородках, расположенных над помещениями ГЭД. В этих же выгородках
размещены статические возбудители ВГ и ВД. Такое размещение обеспечивает хо-
рошие условия для работы обслуживающего персонала, а также для выполнения
ремонтных и пусконаладочных работ.
Пульт электродвижения состоит из четырех секций: трех одинаковых для уп-
равления ГЭД и одной секции для управления системами, общими для всех ГЭД
(системы дистиллята, забортной воды и др.). На вертикальной панели каждой сек-
ции ГЭД расположены амперметры и вольтметры цепей главного тока, возбуждения
генераторов и якорей ГЭД и. мнемосхема ГЭУ.
На наклонной панели расположены цифровые табло машины централизован-
ного контроля (МЦК), а на горизонтальной - вызывные устройства МЦК, ключи
управления контакторами защиты, автоматами питания, автоматами ВГ и ВД, мотор-
ными приводами избирательных переключателей, а также вентиляторами ГЭД и вы-
прямительных установок. На вертикальной панели четвертой секции пульта распо-
ложены: мнемосхема системы водяного охлаждения, цифровое табло МЦК, ампер-
метры цепей главного тока, на горизонтальной — переключатель мест управления
ГЭД, ключи управления насосами общих систем, элементы МЦК, приемник-пере-
датчик машинного телеграфа и аварийная сигнализация „Бери управление на себя”.
63
Выходные валики машинного телеграфа непосредственно соединены специаль-
ными муфтами с задатчиками мощности ГЭД, расположенными внутри пульта.
МЦК позволяет надежно контролировать необходимые параметры ГЭУ, т. е. дистан-
ционно измерять их, а также предупреждать о превышении допустимых значений
следующих величин:
— теплотехнических параметров генераторов, ГЭД и выпрямительных устано-
вок;
— расхода и солесодержания охлаждающей воды ЩЭД;
- тока и напряжения цепей главного тока.
Надежность контроля гарантируется дублированием измерений с помощью
местных приборов теплоконтроля, установленных на электрооборудовании, и элек-
троизмерительных приборов, встроенных в пульт и щиты электродвижения.
Щиты электродвижения всех ГЭД конструктивно одинаковы и состоят из шести
панелей: двух панелей управления, двух панелей избирательных переключателей
и двух панелей переменного тока. С торцевых частей щиты электродвижения закры-
ты выдвижными дверями с блокировкой, которая не допускает их открытия шри
включенных контакторах защиты. Избирательные переключатели имеют два вида
управления: моторный и ручной. Наличие моторного привода позволяет произво-
дить переключения в цепях главного тока дистанционно из ЦПУ. Каждый избира-
тельный переключатель допускает длительное протекание тока до 9000 А и обеспе-
чивает отключение тока 40 000 А при напряжении 560 В.
Система водяного охлаждения одна на три щита. Ее основные элементы: насос,
фильтры механический и ионообменный, охладитель - дублированы. Расход охлажда-
ющего дистиллята составляет 2,5 м3/ч, а удельное электрическое сопротивле-
ние — не ниже 100 кОм • см. Допускается работа при токе 2500 А без охлаждения
с осушенной системой или заполненной дистиллятом (без его циркуляции). Сниже-
ние тока происходит автоматически по импульсу, подаваемому датчиком расхода
дистиллята в систему управления ГЭУ. Это обеспечивает высокую живучесть ГЭУ,
что особенно важно в сложных условиях плавания. Контроль системы водяного S
охлаждения осуществляется термометрами, сигнализаторами уровня и удельного
электрического сопротивления дистиллята, расходомерами и манометрами.
Резервный насос запускается автоматически. На каждый щит подаются следую-
щие виды электропитания:
- трехфазный переменный ток напряжением 380 В, 50 Гц (от носовой и кормо-
вой электростанций);
— однофазный переменный ток напряжением 220 В, 400 Гц.
Предусмотрена возможность питания всех потребителей от одной электростан-
ции.
Массогабаритные характеристики пульта и щита электродвижения:
Длина, м...................................
Ширина, м .................................
Высота, м..................................
Масса, кг ................. ...............
Пульт Щит
4,6 7,1
1,4 2,0
1,9 1,9
2100 5200
§ 2.4. СХЕМЫ ГЭУ
2.4.1. Схема главного тока и основные режимы работы ГЭУ. Схемы главного
тока всех трех ГЭД одинаковы и каждая состоит из двух электрически не связан-
ных между собой контуров (рис. 2.4.1). Носовой якорь ЯН получает Питание от
генератора Г1 правого турбогенератора (ГТГ1), кормовой якорь ЯК — от генера-
тора Г2 левого турбогенератора (ГТГ2). Такое построение схемы обеспечивает
работу каждой главной турбины одновременно на все три ГЭД, что Предотвращает
поломку лопастей винтов в ледовых условиях в случае выхода из строя одной тур-
бины. Мощности оставшейся в работе турбины вполне достаточно для обеспечения
проводки судов на небольших скоростях. Одиако загрузка турбины при работе от
нее по одному якорю на каждом валу ГЭД не может превышать 0,7 номинальной.
64
Замыкание контактов швирателъ-
режиме предусмотрено включение генератора на оба якоря ГЭД, соединенных после-
довательно. Включение генераторов в работу и выключение их производится избира-
тельными переключателями 1И и ПИ, имеющими каждый три положении. Между
переключателями 1И и ПИ существует блокировка, исключающая возможность
одновременной установки одного из них в положение I, а другого в положение II или
обоих в положение II. При этом все переключения могут осуществляться как со
щитов электродвижеиия, так и с пульта электродвнжения в ЦПУ. Избирательные
переключатели выполнены с применением в качестве главных контактов трех одно-
полюсных выключателей типа ВВ-100-12 и двухполюсного автоматического выклю-
чателя перегрузки АВП типа АВ-100-12. Привод выключателей групповой и осущест-
вляется вручную или с помощью мотора. Главные контакты имеют водяное охлаж-
дение и допускают нагрузку до 10 000 А. Один из них (1И4, ПИ4) использован для
автоматического разрыва цепи главного тока под напряжением при срабатывании
максимальной защиты. Разрыв цепи главного тока происходит с выдержкой времени
0,3 с при несколько пониженном за счет этого напряжении генераторов.
Статорные обмотки генераторов соединены в звезду н подключены к выпря-
мительным мостам 1ВУ1, 1ВУ2, ЩВУ1, ЦВУ2), соединенным параллельно через
уравнительный реактор 1УР (ЦУР), благодаря чему снижается уравнительный ток
между обмотками, векторы ЭДС которых сдвинуты на 27 эл. град. Такая схема
уменьшает пульсации выпрямленного тока и обеспечивает хорошее использование
генератора. Из-за большой силы тока для передачи электроэнергии от генераторов
к ГЭД применен медный шинопровод. Для одного якоря ГЭД он состоит из четырех
шин сечением 200x11 мм1. Шинопроводы проложены в специальных коридорах
и закрыты легкими защитными кожухами. В машинном отделении они закрыты
прочными кожухами, предохраняющими их как от механических воздействий,
так и от попадания различных жидких сред (вода, масло и т. п.) в случае поврежде-
ния трубопроводов
Шинопроводы имеют протяженность 55 0 м. В практике отечественного судострое-
ния шинопроводы постоянного тока столь большой протяженности применены
i впервые.
65
В зависимости от подключения генераторов к якорям ГЭД получены следующие
режимы работы ГЭУ:
1. ГТГ1 и ГТГ2 на три ГЭД (шесть генераторов на шесть якорей ГЭД).
2. ГТГ1 на три ГЭД с раздельным соединением якорей (три генератора ГТГ1
иа носовые якоря ГЭД).
3. ГТГ1 на три ГЭД с последовательным соединением якорей (три генератора
ГТГ1 на шесть якорей, якоря каждого ГЭД соединены последовательно).
4. Тот же, что и режим 2, но при работе ГТГ2 на кормовые якоря ГЭД.
5. Тот же, что и режим 3, но при работе ГТГ2,
Из указанных режимов только режим 1 является основным, так как другие
основные режимы работы ГЭУ — экономические (частичные) — осуществлены
за счет выбора одного из пяти уровней мощности (100, 90, 70, 55 и 25%), получае-
мых путем регулирования напряжения генераторов.
Режимы 2-5 применяют лишь в случае выхода из строя одной турбины, причем
режимы 2 и 4 - только при плавании ледокола в легких условиях с недогрузкой
турбины, а режимы 3 и 5 — при необходимости использовать полную мощность ос-
тавшейся в работе турбины. Наличие индивидуального выключателя для каждого
генератора позволяет производить операции по их включению и выключению сравни-
тельно просто и быстро.
В зависимости от количества исправных генераторов и якорей ГЭД могут быть
получены и другие варианты схем главного тока с неравномерной или равномерной
загрузкой ГЭД и их якорей.
2.4.2. Схема управления и регулирования. Управление частотой и направлением
вращения ГЭД осуществлено с постов дистанционного управления, расположенных
в ходовой рубке (ХР), кормовом посту (КП) и центральном посту управления
(ЦПУ). В ХР установлены три поста управления, представляющие собой машинные
телеграфы (МТ) с тремя (по числу ГЭД) рукоятками управления, соединенными
механической передачей с задатчиками мощности (ЗМ), воздействующими на сис-
тему регулирования (возбуждения) „
ЗМ расположены в ХР, КП и ЦПУ. Рядом с МТ в ХР расположены секции пульта
судовождения, на каждой из которых представлена сигнализация о состоянии схемы
ГЭУ (готовность к работе, число включенных якорей, срабатывание защиты), коли-
честве работающих ГТГ и мощности паропроизводящей установки (ППУ). Управле-
ние ГЭД возможно с любого, но только одного места управления, которое выбира-
ется с помощью двух переключателей, расположенных на пульте электродвижения
и в ХР. Управление из ходовой рубки производится с любого из трех постов без
предварительных переключений, поскольку при перемещении рукояток любого пос-
та синхронно перемещаются рукоятки других постов.
Пост управления имеет 41 положение: по 20 положений „вперед”, 20 положений
„назад” и одно положение „стоп”.
Изменение частоты вращения ГЭД достигается регулированием напряжения
генераторов, а направления вращения ГЭД - изменением полярности его возбуж-
дения.
Предусмотрены два режима работы ППУ и ГЭУ: при совместном и раздельном
управлении.
В режиме совместного управления мощности ППУ и ГЭУ автоматически согла-
совываются. При этом, для того чтобы исключить травление пара на холодильники,
в цепь задания мощности ГЭУ введены сопротивления, регулируемые по сигналам,
поступающим из системы регулирования ППУ.
В режиме раздельного управления в зависимости от заданной мощности ППУ
мощность ГЭУ может составлять 25 , 55 , 70, 90 и 100% номинальной. Ограничение
мощности осуществляется путем введения ручным переключателем (ограничителем
мощности) соответствующих сопротивлений в цепь задания мощности ГЭУ, При
этом на 20-м положении рукоятки поста управления ГЭУ будет развивать ту мощ-
ность, которая задана ограничителем мощности (например, 55%). При установке
рукоятки поста управления в положения до 20-го ГЭУ будет развивать мощность,
меньшую, чем мощность ППУ, и избытки пара будут поступать в холодильники.
В основу построения системы автоматического регулирования положены сле-
дующие требования
66
1. При работе ГЭД с мощностью 0,12—1,0 номинальной и изменении момента
сопротивления гребных винтов в диапазоне характеристик от соответствующей
швартовному режиму до характеристики хода в свободной воде должно обеспечи-
ваться постоянство заданной мощности.
При работе ГЭД с мощностями м^нее 0,12 номинальной необходимо постоян-
ство заданной частоты вращения.
2. Ток главной цепи и частота вращения ГЭД должны автоматически ограни-
чиваться допустимыми значениями.
3. При взаимодействии винта со льдом должен быть обеспечен в течение 1 мин
режим фрезерования с повышенным моментом ГЭД до 1,45 номинального момента
в швартовном режиме при сниженной частоте вращения (около 80 об/мин). Число
таких взаимодействий винта со льдом в течение 1 ч равно 15.
4. Система регулирования должна допускать перекладки рукояток постов
управления без ограничения по времени.
5. Изменение частоты вращения ГЭД по положениям поста управления должно
быть пропорциональным.
6. Должны быть обеспечены 15 реверсов в течение 1 ч при длительных режимах
и 60 в течение 2 ч.
Выполнение этих требований обеспечивается системой автоматического регу-
лирования (САР) за счет изменения возбуждения главных генераторов и ГЭД спе-
циальными регуляторами.
Основными элементами САР (рис. 2.4.2) являются регуляторы, датчики тока
главной цепи ДТ, тока возбуждения ДТВ и напряжения ДН, источник стабилизиро-
ванного напряжения ИСН, переключатели мест управления в ЦПУ ПЛ/УцИу и в
ходовой оубке ПМУ , задатчики мощности (ходовой рубки ЗЛ/х р, кормового
поста ЗМК п> ЦПУ ЗЗищту). ИСН преобразует переменный ток напряжением
380 В в постоянный ток напряжением 100 В. Дополнительно регулятор получает
питание от сети 220 В, 400 Гц.
Задатчик мощности представляет собой переключатель выполненный на герме-
тизированных магнитоуправляемых контактах (герконах), и конструктивно объ-
единяет два задающих устройства, по одному для каждого якоря ГЭД Задающее
устройство состоит из блока задания мощности и блока реверса, которые подклю-
чаются соответственно на вход и выход регулятора.
Благодаря блоку реверса напряжение регулятора, имеющее неизменную поляр-
ность, поступает на вход возбудителя ГЭД с полярностью, соответствующей ходу
вперед или назад.
Датчик напряжения преобразует напряжение генератора с помощью трансформа-
торов и выпрямителей. Датчики тока представляют собой трансформаторы постоян-
ного тока. Питание датчиков обоих типов осуществляется также через трансформа-
торы. Таким образом, регулятор не имеет гальванической связи ни с цепью главного
тока, ни с судовыми сетями.
Для определения правильности работы регулятора предусмотрена возможность
подачн контрольных сигналов на его входы специальным переключателем.
Условно регулятор можно разделить на блок регулирования возбуждения ге-
нератора, блок регулирования возбуждения ГЭД и блоки магнитных усилителей
УГ, УД (рис. 2.4.3). На входы первых двух блоков подаются воздействия датчиков
и ограничителей мощности, а на выходы этих блоков подключены управляющие
обмотки ОУУГ1-ОУУГ5, ОУУД1ОУУД5 Выходы магнитных усилителей соединены
с цепями управления возбудителей. Мощность на стороне выпрямленного напряже-
ния изменяется путем поддержания тока на уровне, определяемом заданной мощ-
ностью и напряжением силового выпрямителя.
За базисные величины приняты номинальные параметры в швартовном режиме.
Регулирование мощности и ограничение тока главной цепи в различных режимах
(кроме режима динамического торможения) производятся воздействием на воз-
буждение генератора с помощью обратных связей (ОС) по напряжению и току
главной цепи. Уставка по току вырабатывается основной нелинейной отрицательной
ОС по напряжению, главным узлом которой является функциональный преобразо-
ватель, выполненный надиодах Д5-Д/0-. С помощью этого преобразователя форми-
руется напряжение, обратно пропорциональное напряжению силового выпрямителя.
67
Рис. 2.4.2. Структурная схема возбуждения и регулирования ГЭУ.
чэ
Крквая зависимости напряжения на выходе преобразователя от напряжение сило-
вого выпрямителя состоит из семи отрезков и представляет собой аппроксимацию
гиперболы в рабочем диапазоне напряжений. Основной нагрузкой функционального
преобразователя является задающий потенциометр R23, с помощью которого напря
жеяие преобразователя делится пропорционально задаваемой мощности. Потенцио-
метр имеет 20 ступеней, соответствующих 20 положениям рукоятки поста управле-
ния. Цосле задающего потенциометра напряжение преобразователя может быть до-
полнительно разделено путем включения контактами Р1-Р4 ступеней сопротивле-
ний, которые соответствуют мощностям ГЭУ, равным 25, 55, 70, 90% номинальной.
Катушки реле Р1-Р4 получают питание через контакты ограничителя мощности
ОМ и контактора защиты КЗ второго якоря. Если второй якорь не работает, то не-
зависимо от положения ограничителя мощности цепи реле Р1 и Р2 разомкнуты
н мощность ГЭУ не может быть выше 70%.
Нелинейная ОС по напряжению имеет узел ограничения (диод Д12), который
вступает в действие, если напряжение ОС превышает значение, соответствующее
току стоянки, однако напряжение этого узла не зависит от напряжения функцио-
нального преобразователя. Рассматриваемая ОС подключена к обмотке управления
ОУУГ4 магнитного усилителя генератора через резистор, которым регулируется
коэффициент связи.
Кроме рассмотренной в регулировании возбуждения генератора участвуют
следующие ОС;
— основная отрицательная по току (диод ДГ), выполненная с отсечкой и дейст-
вующая при токах, превышающих 0,3 номинального. При токах, меньших, чем ток
уставки (первые восемь положений рукоятки поста управления), действие ОС
неизменно, и поддержание постоянства силового выпрямителя осуществляется
отрицательной ОС по напряжению. Тем самым при неизменном возбуждении ГЭД
поддерживается постоянной заданная частота его вращения;
дополнительная отрицательная по току (диод Д2), выполненная с отсечкой
я функционирующая в режиме токоограничения. Эта ОС нейтрализует действие
слабой отрицательной ОС по напряжению;
корректирующая положительная по току с отсечкой (диод ДЗ), действующая
в том случае, если отношение тока к напряжению превышает установленное значе-
- а В качестве опорного используется напряжение датчика напряжения. Корректи-
ужядая ОС изменяет отношение между положительными ОС по току и напряжению;
положительные по току и напряжению, служащие для уменьшения коэффи-
циента основных ОС без сниж< ния точности регулирования. Положительная ОС по
тру выполнена не в явном виде, а обеспечивается за счет ослабления отрицательной
гибкая однополярная отрицательная по напря . нию (диод Д4), уменьшаю-
...а напрягтние г нератора в переходных режимах и замедляющая темп нарастания
мощности ГЭУ,
гиб > ая но току (конденсатор С1), действи. которой пропорционально ско-
и нения тока Она способ» твует увеличению быстродействия системы;
и т ...» .я по напряжению (диод Д11) i от > й, действующая при на-
прмж -ни выпрямителя, несколько превышающих номинально», и ограничивающая
-агф,» ни (верхняя точка внешней характерш .яки) генератора заданным значе-
Регулирована возбуждения ГЭД в разных режимах работы осуществляется
также с помощью ОС по напряжению и току,
Z"™ ГЭЛ ПРВ и^мекеиии режима работы суди, от
швярт ,иного до хода я свободной воде достигается ослаблением потока его возбуж-
Ж П° НаПрЯЖСИИЮ с -«-Ой“даЛ°коХ
номинальное СкляГп. 1Р ,ипРяжениях выпрямителя, несколько превышающих
П“Т0Ка ограничивается опредаленным энв-
пшую.’ чтобы «ри потере лопастей вини частой вращения ГЭДне
осуществляется офипаилмой О?по току"Г*л в’‘имоиейстеия винта «> ™““
ствие при токе, ВСТуГ‘ЮЩ'Й « де*
номинальный. Благодаря этому момент ГЭД может
увеличиваться до значения, составляющего 1,8 номинального, за счет vh
гока и погона ув личея”«
Ieiулириваиие тока в режиме динамического торможения обеспечивается
второй отрицательной СК’по току (диод Д16), функционирующей при токе сост»-
ляющсм примерно 1,6 номинального 1 ок динамического торможения поддержива-
ется равным приблизительно 1,75 номинального. В режимах взаимодействия винта
со льдом эта (X не действует, так как напряжение главной цепи превышает устав-
ку, близкую к нулю, и транзистор Т2 закрыт.
Ограничение возбуждения I ЭД при измен-иии сопротивления обмотки возбуж-
дения, характеристик системы управления и других осуществляется с помощью
отрицательной ОС по току возбуждения (стабилитрон Д20) вступающей в действие
при токе, равном 0,8—0,9 номинального.
Суммарные сигналы всех регулирующих в< г йствий с учетом заданной постом
управления частоты вращения ГЭД поступают на управляющие обмотки магнитных
усилителей, выходы которых подключ- ны к цепям упра пения тиристорных возбу-
дителей генераторов и ГЭД.
Система регулирования действует следующим образом При нахождении руко-
ятки поста управления (ПУ) в положении „стоп” ток и напряжение главной цепи
фактически равны нулю. Напряжение функционального преобразователя макси-
мальное, но воздействие нелинейной ОС по напряжению равно нулю в соответствии
с положением задатчика мощности. Действие положительной ОС по напряжению
и корректирующей ОС не приводит к самовозбуждению генератора, потому что они
слабее, чем необходимо для самовозбуждения, и, кроме того, магнитный усилитель
имеет отрицательное смещение, соответствующее току отсечки основной ОС по току.
Действие положительной ОС по напряжению ослаблено еще и тем, что режим выпря-
мителя близок к режиму короткого замыкания.
ГЭД развозбужден, так как напряжение регулятора не поступает на вход воз-
будителя. При переводе рукоятки ПУ из положения „стоп* в любое другое выход
регулятора подключается к входу возбудителя ГЭД с полярностью, соответствую-
щей направлению его вращения. К обмотке возбуждения ГЭД прикладывается
номинальное напряжение, одновременно начинает действовать и г линейная ОС по
напряжению и на обмотку возбуждения генератора также подается напряжение.
В главном контуре появляется ток, и ГЭД начинает разгоняться. Ограничение тока
осуществляется основной ОС по току, воздействующей на возбуждение генератора.
Интенсивность разгона ГЭД также ограничивается гибкой ОС по напряжению.
На втором этапе пуска ГЭД действие нелинейной ОС по напряжению ослабля-
ется, что приводит к уменьшению уставки регулирования тока. При ^гом интенсив-
ность разгона несколько ослабляется. Если напряжение выпрямителя превысит
номинальное, то вступит в действие ОС по напряжению и возбуждение ГЭД нач-
нет ослабляться. Разгон ГЭД заканчивается, когда его частота вращения будет соот-
ветствовать заданному значению.
Торможение ГЭД после перевода рукоятки ПУ в сторону снижения частоты
вращения происходит под действием момента сопротивления гребного винта.
Для уменьшения ЭДС двигателя, приложенной к выпрямителю, предусмотрена от-
рицательная ОС, которая начинает действовать при снижении тока якоря ло нуля.
Результатом действия этой ОС является уменьшение магнитного потокам ЭДС ГЭД,
вследствие чего исключается возможность запирания выпрямителя с соответствую-
щим снижением тока главной цепи до нуля и чрезмерного увеличения напряжения
генератора. . ,
При переводе рукоятки ПУ в положение „стоп поток ГЭД уменьшается до »
ля. При достаточно быстром переводе рукоятки ПУ из некоторого подшивая
в противоположное происходит реверс ГЭД, так как изменяется полярмостт ихпри
жения, подаваемая на вход возбудителя ГЭД, и соответственно направлемме тем
возбуждения Возбудитель переходит в инверторный режим с максимальным иаяря-
жением, что способствует интенсивному гашению поля.
Действие нелинейной ОС по напряжению в зависимости от положения руяояш»
ПУ в сторону „назад" может либо ослабиться, либо усилиться, либо отлапсв
менным Развоэбуждение ГЭД сопровождается быстрым вотрастаммчм тока гчм
деда, ограничение которого на первом этапе реверса осуществляется обр
связями по току, влияющими на возбуждение генератора Первый этап реверса
ГЭД заканчивается, когда его ток возбуждения переходит через нуль. Начиная с
этого момента ЭДС ГЭД направлена согласно с напряжением генератора, и ток
главной цепи поддерживается на уровне 1,75 номинального с регулированием воз-
буждения ГЭД при помощи второй отрицательной ОС по току. I оператор пол-
ностью не развозбужден, так как только при протекании переменного тока индук-
тивные делители выпрямителя способны выравнивать токи параллельно включенных
вентилей.
Процесс динамического торможения заканчивается при снижении частоты вра-
щения ГЭД до нуля. В конце процесса торможения уменьшение тока главной цени
приводит к ослаблению действия ОС по току и увеличению возбуждения генератора.
После перехода частоты вращения ГЭД через нуль начинается его разгон (пуск)
в обратном направлении.
Для стабилизации системы служат интегродифференцирующие ОС, выполнен-
ные с применением малогабаритных резисторов и конденсаторов. В ГЭУ постоян-
ного тока с электромашинными возбудителями для стабилизации системы обычно
используют трансформаторы типа ТС-144, масса н габариты которых весьма значи-
тельны (например, в ГЭУ ледокольных судов типа „Амгуэма” применено восемь
трансформаторов типа ТС-114-110 общей массой 1000 кг).
Блочная конструкция со штепсельными разъемами облегчает замену любого
из шести работающих регуляторов. Для поиска неисправностей и их устранения
предусмотрен пульт наладки регуляторов, установленный в специальной лаборато-
рии.
2.4.3. Схема защиты и блокировки. Схема защиты ГЭУ построена по принципу
обеспечения автономности каждого контура ГЭД. На рис. 2.4.4 показана принципи-
< - Wo IH5 'пиь У—* 2^ ЗВК ? кзн нов ПМУ2 [пмз KnL-TxpLS ~йп^ цпу^ 1 п + у кзн
1 /И7 ГРДЗ
/•—* •
-
^7Р
_ _^SP
^ЗР
~71ТР
Z/W
//•— 0 1 -ТО
. Ж**
иглияшшшш
пн
£
РКЩ
РКП} ,
НК ИЗL-r* —
—
L .
Рис. 2.4.4. Принципиальная схема
защиты одного контура.
72
альная схема защиты одного носового контура ГЭД. В зависим™-™
правносги защита обеспечивает развозбуждение генераторов и ГЭД сТаХывом
или без разрыва цепи главного тока» а также аварийное ограничение мощности тти
снижении расхода дистиллята через секции щитов электродвижения.
Рассмотрим кратко принцип действия схемы защиты
Развозбуждение генератора и якорей ГЭД происходит по сигналам датчиков
защиты, действующих на включение реле защиты РЗЯ (см. рис. 2.4 4), срабатывание
которого приводит к отключению контактора защиты КЗН Контактор КЗН свои-
ми контактами разрывает цели питания системы регулирования (см. рис. 2.4 3)
вследствие чего снимаются управляющие сигналы с возбудителей и обмотки во>
Суждения обесточиваются. Подключение контактора КЗН и реле РЗН к схеме осу
ществляется ключом управления 1КУ. Развозбуждение происходит при срабатываний
следующих видов защит:
- максимальной от чрезмерно больших перегрузок в цепи главного тока.
При токе, равном 2,5 номинального, срабатывает расцепитель перегрузки автомата
главной цепи и своим замыкающим контактом 1РПН2 замыкает цепь реле 1Р, кото-
рое включает реле защиты РЗН. Одновременно реле 1Р размыкающим контактом
размыкает цепь реле времени 2РВ, и оно с выдержкой времени 0,3 с замыкает цепь от-
ключающего расцепителя автомата РО1, что приводит к размыканию главной цепи.
Если в этом режиме якоря ГЭД соединены последовательно, то отключение контак-
тора КЗН происходит также при срабатывании реле ПРПН2, установленного в схеме
защиты кормового контура;
- защиты от перегрузки по току, равному 1,7 номинального, длящейся более
60 с. В этом случае срабатывает реле перегрузки в цепи двякка главного тока и
включает реле времени (на рис. 2.4.4 реле не показаны), которое своим контактом
JPFIH3 с выдержкой времени 60 с включает реле РЗН. При последовательном соеди-
нении якорей ГЭД отключение контактора защиты КЗН происходит также при сра-
батывании реяеПРПНЗ, установленного в схеме защиты кормового контура;
— защиты от превышения частоты вращения ГЭД. При частоте вращения ГЭД
215 об/мин контакт центробежного реле РЦ, установленного на валу ГЭД, замыка-
ет цепь реле 14Р, контакт которого включает реле РЗН,
защиты от снижения частоты вращения турбин. При снижении частоты враще-
ния первой турбины, вращающей генераторы носовых контуров ГЭД, ниже
3150 об/мин по сигналу из машины централизованного контроля включается проме-
жуточное реле (на рис. 2.4.4 не показано), которое своим контактом РКС1 подает
цитание на реле РЗН. При последовательном соединении ГЭД в работе второй тур-
бины, вращающей генераторы кормовых контуров, отключение контактора КЗН
происходит с помощью контакта РКС2;
защиты от перегрева выпрямительной установки (ВУ . При прекращении
подачи воздуха в любом из мостов ВУ срабатывают ветровые реле, замыкающие
контактами 1ВР1, IBP2 цепи реле 6Р, 7Р, контакты которых включают реле РЗН',
защиты от перегрузки вентилей ВУ. При неисправности одной параллельной
цепочки с задающим вентилем или двух параллельных цепочек вентилей в одном
плече любого моста контактами Hlpl, 1Пр2 схемы защиты ВУ замы>акпся цепи
реле 8Р, 9Р, которые включают реле РЭЯ;
— защиты от короткого замыкания обмоток генератора. При внутреннем замы-
кании любой из двух обмоток генератора в блоке дифференциальной зашиты гене-
ратора срабатывает реле, которое своим контактом 1БДЗ включает реле PJH.
защиты от перенапряжения генератора. При возникновении на генераторе нал-
ряжения, превышающего 115% номинального,срабатывает реле блока зашиты от
напряжения и своим контактом 1БЗП подает питание на дистанционной ришыытепь
автомата возбудителя генератора РДЛ9Г. Автомат отключается я СМвм s
тельным контактом Авт снимает питание с реле /(¥*. которое замкнет римыкаюида
контакт в цепи реле РЗН',
- защиты от перегрузки тиристоров возбудителей генераторе* * цвжта
в случае выхода из строя двух предохранителей или превышгянв toki
При выходе из строя двух предохранителей из схемы,зашиты а
ся питание на дистанционные рвсиепктелм автомате* возбудим *’’*1 "д’
и двигателя РД4в,д. в результате чего происходит отключение ^томате»
гелей, снимающих питание вспомогательными контактами А в Г,, А в.д с реле ЮР,
IIP которые замкнут размыкающие контакты в цепи реле РЗН. При токе возбуди-
телей более 325 А цепи реле ЗР и 4Р размыкаются размыкающими контактами то-
ковых реле ТР1 ТР2, катушки которых включены в цепи питания обмоток воз-
буждения генератора и якоря ГЭД. Обесточивание реле ЗР, 4Р приводит к отключе-
нию автоматов возбудителей и включению реле РЗН аналогично рассмотренному
выше;
- защиты от работы возбудителя при пониженном напряжении. При снижении
напряжения сети электростанции до 350 В в схеме блока защиты возбудителя замы-
кается контакт БЗВ, что приводит к отключению автомата возбудителя и включению
реле РЗН\
— защиты от исчезновения в системе регулирования и управления ГЭУ лю-
бого из питающих напряжений: 110 В постоянного тока, 220 В при частоте 400 Гц
и 380 В при частоте 50 Гц переменного тока. При потере питания указанных напря-
жений в блоках контроля напряжения замыкаются соответственно контакты РКН1,
РКН2, РКНЗ, что приводит к включению реле РЗН\
- за щиты по аварийному ограничению мощности ГЭУ при снижении расхода
дистиллята в системе охлаждения щитов электродвижения. При расходе дистилля-
та менее 0,6 мэ/ч по сигналу датчика расхода ДР срабатывает реле 5Р, контактом ко-
торого вводится сопротивление ограничения мощности ГЭУ (см.рис. 2.4.3).
Для развозбуждения генераторов и якорей ГЭД предусмотрен также ключ
2КУ
Схема блокировки обеспечивает развозбуждение генераторов и ГЭД при оши-
бочных действиях оператора:
Ри< 2 4. . Принципиальная схема сигнализации.
ииМ. соответствуют приведенным в списке условных обознв-
74
- при изменении набора главной цепи без предварительного раэвоэбужлеш..
машин отключается конгакгор защиты ПН. М как в цель его катуХ
всиомога гельныс контакты избирательных переключателей 1И5,ЦИб Ы
при переходе на ручное управление избирательным переключателем 1И и ппи
неразвозбуждеииых машинах размыкается вспомогательный контакт привода из-
бирательного переключателя 1Г'У2 и цепи реле 2Р. которое своим размыкающим
контактом включаег реле защиты ПН, ноющим
при открытой любой двери щита электродвижения замыкаются контакты
конечных выключателей НДЦ и ВДЛ, включающие реле РЗН’,
при пуске ГЭД и включенном валоповоротиом устройстве контакт ВП из
схемы электропривода валоповоротно! о устройства включает реле 15Р, которое
свойм контактом замыкает цепь релеРЗЯ;
- при изменении места управления (ходовая рубка ХР или кормовой пост
КГГ) и при неразвозбуждеииых машинах автоматически отключается контактор за-
щиты КЗН, так как контакты переключателей мест управления ПМУ1, ПМУ2 вклю-
чены в цепь контактора защиты
2.4.4. Схемы сигнализации. На пульте электродвжжения сосредоточена сигнали-
зация, информирующая персонал о состоянии элементов ГЭУ, обслуживающих ее
систем и механизмов. Сигнализация выполнена в виде мнемосхемы, на которой
представлены следующие виды сигнализации-
- указательная (лампы белого и зеленого цвета показывают положение аппяра-
та, наличие напряжения, работу механизма и т. д.) ;
- предупредительная (лампы желтого цвета и звонок сообщают об отклонении
параметров от нормальных значений либо отключении аппарата или механизма);
- аварийная (лампы красного цвета и трещотка сигнализируют о выходе из
строя аппарата или срабатывании защиты, вызывающих развозбуждение генерато-
ров и ГЭД или размыкание главной цепи).
Схемы предупредительной и аварийной сигнализации построены на типовых
ячейках и предусматривают съем звукового и сохранение светового сигнала о не-
исправности, явившейся причиной их появления. После устранения неисправности
световой сигнал не исчезает и может быть снят только специальной кнопкой Если
после его снятия возникнет новая неисправность, то сигнал повторится. Для провер-
ки исправности световых и звуковых сигналов предусмотрены специальные кнопки.
Примеры включения элементов схем сигнализации показаны на рис. 2.4.5.
§ 25. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ГЭУ
Проверка электрооборудования ГЭУ проводилась в несколько этапов: на стен-
дах заводов-изготовителей, при швартовных испытаниях у стенки завода-строителя,
ходовых испытаниях в Балтийском море и ледовых испытаниях в различных рай-
онах Арктики.
2 5.1. Стендовые испытания. Испытания электрооборудования ГЭУ на стендах
заводов-изготовителей проводились в основном косвенным методом (в режимах
холостого хода, короткого замыкания, взаимной нагрузки и т. п.), который позво-
ляет с достаточной точностью проверить основные параметры. Каждый агрегат ис-
пытывался индивидуально, а часть электрооборудования была проверена в комп-
лексе. Например, один агрегат типа ТК9-4 был испытан совместно с опытными об-
разцами силового выпрямительного устройства типа ВУ КЭП-9000-1000, уравнителе
ного реактора и тиристорного возбудителя, а три генератора, соединенные
тыми муфтами в один агрегат, были подвергнуты механическим испытаниям. Муф-
та состоит из торсионного вала и двух зубчатых венцов, которые крепятся к флан-
цам роторов генераторов. Испытания проводились в режимах холостого хода, атак
же при поочередной нагрузке на каждом из генераторов, составляющей примерно
50% номинальной. В связи с необычностью соединения генераторов была проверена
работа зубчатых муфт при радиальной расцентровке генераторов (смещение осн ге-
нератора 0,3 мм), при раскрытии муфт (излом осей генераторов 0,3 мм/м). а также
при радиальной расцентровке и одновременном раскрытии муфт в укаэышых выше
пределах.
Н
о о СЛ Положение руко- ятки ПУ
оо as см с** © © о сл © Частота вращение ГЭД, об/мин
bJH-*-* \О «Л <л ю сл О <л О <л Ток возбуждения генератора Г1, А
и- »— К> >— О м О « -J © © © Сл сл Ток воэбуж- денняц А Параметры носового якоря
00 СЛ м © О Os 4ь (л м у -j о Ток, кА
QO'OW- I- О О' Сл Д hj оо оо -t- © Напряжение, В
ро СЛ к> Сл М 1л к> ел Os 4*. Л» Сл О О О С Сл Мощность кВт
155 237 4 920 И 470 17 200 Мощность ГЭД. кВт
ОО СЛ tM О' М Cj Kl >’ Сл сл ь- © © © О СМ © Мощность. кВт Параметры кормовом якоря
и-* t—OOCMH- О « tv (л © © © О О Напряжение, В
00 Сл К» О о an as as os СП Сл Os Os Ток, кА
О р ♦— 4х QQ <Л <Л (Л О О Ток возбуж дения,А
Ш 'О м (л |.j Сл о © © Сл Ток возбуждения генератора Г2,А
© © © Сл ©
оо сл м
SO СП 00 СП 6J
00 OS >-• СП СЛ
os о о -и оо
ОО OS СМ
СЛ & О 4 *-*
ОО OS -J t— CZi
СП о о о о
ОО СП см Н- о
os ‘.и см © as
При 100%-ной мощности и работе двух турбогенераторов на три ГЭД
'iL
О СП 00 CH
Положение руко- ятки ПУ
Частота вращения ГЭД, об/мин
Ток возбуждения генератор ГЗ,А
Ток возбуждения, А Параметры носового якоря
Ток, кА
Напряжение, В
Мощность, кВт
Мощность ГЭД, кВт
Мощность, кВт Параметры кормового якоря
Напряжение, В
Ток, кА
Ток возбуждения, А
Ток возбуждения генератора Г4.А
Таблица 2.5.1 Значения параметров среднего ГЭД в зависимости oi положения рукоятки ПУ,,вперед” при ходе в свободной воде
масла на подшипниках и муфтах,
В процессе испытаний измерялись рас. масЛа. Все стендовые испытания
а также температура вкладышей подшипник ых было принято решение об
дали положительные результаты, на основан Леонид Брежнев”,
установке электрооборудования на атоМНоМ П5 , ,ю’мошность ГЭД и, как следст-
2.5.2. Швартовные испытания. У««мя «-Ч» лсдокопа у
вие, невозможность обеспечения неоОХОДИ”°Г°уУ овОДИли в два этапа:
швартовные испытания электрооборудования гЛЬЗОванием нагрузочного реос-
при отсоединенных гребных винтах с испо
тата мощностью 9000 кВт, напряжением 10U0 , носты0 ГЭд около 3000 кВт.
- при присоединенных гребных в ‘ к штатному генератору, а вто-
В первом случае один якорь I ЭД водой. Такой способ испытаний
рой - к нагрузочному реостату, охл ительства которого потребовались бы
позволил без специального мола, дл тр оСть проверки уникального
знатные средства и « ™°*' произвес-
электрооборудования, схем заш • инципиально новой системы электродви-
ти настройку элементов регулирования принни
жеиия- контуров было проверено в действии
Электрооборудование К“7диапаэоне мощностей от мини-
до штатной схеме в различны г* пусках и реверсах ГЭД. При присоединенных
мальвой до максимальной, а также при пус Р,1Па„Тг,нной хаоактепистики Швап*
винтах было получено несколько реальных точек швартовной характеристики, швар-
товньге »Хтаии>, подтвердили работоспособность в судовых условиях электро-
оборудования ГЭУ совместно с обслуживающими механизмами и системами.
2.5.3. Ходовые испытания. Ходовые испытания ГЭУ проводилисч в морских
условиях. Ввиду отсутствия опыта в применении системы электродвиж ния пере-
менно-постоянного тока, а также вследствие большой мощности ГЭУ особенно
серьезное внимание уделялось наладочным работам и испытаниям. Были созданы
специальные программы, предусматривающие всесторонние проверки электро-
оборудования ГЭУ, обслуживающих механизмов и паропроизводящей установки в
работе по прямому назначению
Наладочные работы систем регулирования проводились в два этапа с осцил-
лографированием переходных процессов, что дало возможность определить готов-
ность ГЭУ к комплексным испытаниям совместно с другими механизмами и обору-
дованием при плавании ледокола в свободной воде. По программе предусматри»
валось определить статические и динамические характеристики ГЭУ в различных
режимах работы (при разных уровнях мощности атомной установки, раздельной
и последовательной схемах соединений якорей ГЭД, одновременной и одиночной
работе главных турбогенераторов, работе бортовых винтов „враздрай” и т. п.),
выявить температурные и вибрационные характеристики главных электрических ма-
шин, выпрямительных установок, шинопровода и другого огненного электрообо-
рудования, а также проверить удобство обслуживания и надежность элементов ГЭУ.
Испытания показали, что в режиме работы одного главного турбогенератора
раздельным соединением якорей потребляемая мощность ГЭД при установке
ограничителя мощности на 70% составила для носовых якорей 5940/6150/5860 кВт,
для кормовых якорей 5930/6270/5600 кВт при расчетном значении 5800 кВт
в табл ^Тии0’И0ЯИЫХ Парамгтров по «жжениям рукоятки ПУ приведены
рев шлтнблявым'мошиi ' //рб°' гНе9атпР«1 П н лсдоватеньным соединением ЯКО-
яила три питании .,т1пГиУ‘таноик нраничитслямощно<тина 100% со та
. ^ХР",,РО,,.НП,Ж0Й,урбиИЫ пгимп»Н0 8200 .4585/8600 кВт,
ямммгтпа 1ЭУ общмР нагопД’'л * ГурбиНы <00/8600/SbOO кВт С учетом КПД
мюпьииоЯ ш "Wtt обеих главных турбин составил, около 98% но-
-------<ypu<ncMqiatTop<i» на три ГЭД потребляемая мош”1-14-
»iuu lb KOO. среднего 17 000, правого 17 200 кВт. С УчеТ£
)у оАшм выручка черно. турбины составила 99%, второй туг
номинально. Расчетная полная мощность ГЭУ при ходе лсдОК^\
I и» tj% н«ш номинально!, т. е. в лом режиме получило^ ч0₽^
•лнпяо и эксперт стальных одкны .
Рис. 2.5.1. Осциллограмма реверса правого ГЭД с полного хода „вперед” на пол-
ный ход „назад при раздельной работе якорей и положении ограничителя мощ-
ности, соответствующем 55%.
Лд — частота вращения двигателя; /я — напряжение и ток якоря; 1/в п 1ВйГ —
напряжение и ток возбуждения генератора; /в.д — ток возбуждения двигателя.
Рис. 2.5.2. Осциллограмма реверса правого ГЭД с полного хода
„вперед” на полный ход „назад” при последовательном соединении
якорей и положении ограничителя мощности, соответствующем
100%.
Рис 2 5 3 Осциллограмма реверса правого ГЭД с полного хода „вперед
« полный ход .назЛ” при раздельной работе якорей и положении ограничи-
теля мощности, соответствующем 100%.
Рис. 2.5.4. Осциллограмма реверса среднего ГЭД с полного хода „вперед”
на полный ход „назад” при раздельной работе якорей и положении ограничи-
теля мощности, соответствующем 100/г
Определение качества ГЭУ при переходных режимах — пусках, реверсах и
остановках — производилось путем осциллографирования основных параметров
в контурах бортовых и среднего ГЭД при различном числе работающих турбогене-
раторов, разной мощности паропроизводящей установки, а также при раздельном
и последовательном соединении якорей ГЭД. Кроме того, проверялась работоспо-
собность системы электродвижения в режимах маневрирования ледокола — полных
и резких перекладках руля с борта на борт, изменениях направления движения (цир-
куляциях) , работе винтов враздрай с включением и отключением насосов креповой
системы.
Процессы изменения основных параметров в динамических режимах показаны
на обработанных осциллограммах (рис. 2.5.1-2.5.5).
Характерной особенностью реверсов является длительность процесса торможе-
ния ГЭД. Это объясняется тем, что наличие в главной цепи неуправляемых выпря-
мителей исключает рекуперацию энергии винтов на турбины и она гасится за счет
потерь в контурах главного тока (якорная цепь двигателя - шинопровод — выпря-
мительная установка) и снижения скорости движения судна. Однако с точки зрения
обеспечения надежности работы турбин отсутствие рекуперации является ценным
качеством, так как в этом случае не требуется специальных мероприятий для пре-
дотвращения их разгона.
Осциллографирование переходных процессов показало высокую точность
и быстродействие системы регулирования и возбуждения. Ток и напряжение главной
цепи стабильно поддерживаются на заданном уровне в течение всего переходного
процесса. Тормозной момент ГЭД определяется значением его потока и током
главной цепи, который, в свою очередь, зависит от ЭДС электродвигателя. В первый
момент переходного процесса практически одновременно с перекладкой рукоятки
ПУ происходит интенсивное развозбуждение генератора и резко уменьшается напря-
жение выпрямителя (развозбуждение ГЭД происходит медленнее). Ток главной
№. кт-1000В
пд
^птска = 10,0с
Рис. 2.5.5. Осциллограмма
ном соединении якорей
1я i-er (I
".
пуска правого ГЭД при последователь-
Пд-ЦЗЪПцн
80
цени снижа я до нулевого значения, так как инерционность обмотки возбуждения
генератора меньше инерционности обмотки возбуждения якоря ГЭД и цепь гтжвно-
ю тока запирается выпрямителем. Затем начинаются интенсивное развозбуждеХ
и в «рапание тока главной цепи После перехода потока электродвигателя через
нуль развивается процесс динамического торможения. Ток главной цепи достигает
максимального значения, поскольку ЭД< ГЭД и напряжение выпрямителя нжправле-
ны согласно. В результате действия обратных связей и реакции якоря генератора
напряжение выпрямителя очень мало, поэтому ограничение тока главной цепи
осуществляется регулированием тока возбуждения ГЭД
В начале динамического торможения момент ГЭД мал так как при большой
начальной частоте вращения гребною винта, работающего в г^жиме турбины, допус-
тимое значение тока главной цепи обеспечивается при малом возбуждении ГЭД.
По мере уменьшения частоты вращения гребною винт ЭДС ГЭД снижается и для
поддержания тока главной цепи на заданном уревн* требуется увеличение то-
ка возбуждения ГЭД, что увеличивает и его тормозной момент. Характер-
ной особенностью переходного процесса является тииж-. то, что во время
динамического торможения генератор развозбуждается лишь настолько, чтобы ток
короткого замыкания выпрямителя не превышал тока торм <еиия главной цепи.
Протекание через выпрямитель токов синхронного генератора создает за счет пере-
менной составляющей тока иа индуктивных делителях выпрямителя ЭДС самоин-
дукции. Это обеспечивает равномерное распределение (выравнивание) нагрузок
вентилей.
Наиболее тяжелыми режимами являются реверсы ГЭД при работе одного тур-
богенератора с раздельным соединением якорей и двух главных турбогенераторов
с полной мощностью. Из приведенных осциллограмм видно, что время реверса
правого ГЭД при работе одного турбогенератора с мощностью, равной 55% номи-
нальной, составляет 46 с (см. рис. 2.5.1), с полной мощностью и последовательным
соединением якорей 30 с (см. рис. 2.5.2) , а при работе двух турбогенераторов с пол-
ной мощностью 41с (см. рис. 2.5.3). Время реверса среднего ГЭД в этом режиме
17 с (см. рис. 2.5.4). Время пуска ГЭД при последовательном соединении якорей
составляет 10,4 с (см. рис. 2.5.5). Перекладки рукояток ПУ осуществлялись без
ограничения по времени. Кратковременные всплески тока главной цепи достигали
1,9-2,1 номинального значения, что гораздо ниже уставки максимальней защиты (2Л
номинального значения), благодаря чему исключалась возможность 'рабатывания
защиты ГЭУ при маневрировании ледокола. По сравнению с ГЭУ постоянного тока
полученные значения времени реверсов ГЭД в рассматриваемой системе переменно-
постоянного тока больше, особенно при движении в свободной воде. Однако, учи-
тывая очень большую мощность ГЭУ и то, что ледокол предназначен для плавания в
тяжелых льдах или режимах, близких к швартовному, значения времени реверсов
ГЭД следует считать удовлетворительными.
Температурные характеристики электрооборудования определялись в течение
12-часового теплового режимафаботы двух турбогенераторов с полной мощностью.
В табл 2.5.3 приведены значения теплотехнических параметров в начале и конце
режима для одного контура - генератора Г2 и кормового якоря правого ГЭД.
Теплотехнические параметры других генераторов и якорей ГЭД близки к указан-
ным.
На основании результатов ходовых испытаний были сделаны следующие вы-
воды:
1. ГЭУ переменно-постоянного тока обеспечивает необходимую маневрен-
ность ледокола. Судоводительским составом были отмечены легкость и удобство
управления ГЭД как из ходовой рубки, так и из помещения кормового поста.
2. Приращения частоты вращения ГЭД при перемещении рукояток ПУ близки
к расчетным и удовлетворяют требованиям эксплуатации ледокола.
3. Система регулирования обеспечивает статические и динамические характерис-
тики, близкие к расчетным. В маневренных режимах допускаются одновременные
перекладки рукояток ПУ всех ГЭД с полного хода „вперед’ на полный ход ,дшзад
без ограничения по времени.
4. Схема главного тока, состоящая из шести одинаковых контуров (генера-
тор — выпрямитель — якорь ГЭД), проста и удобна в обслуживании.
81
Таблице
при исль
2.5.3. fl3MeHeHU^eoM ре.*“*е
. nv a ren-i°eUj г _____
Генератор
Температура,
горячего
воздух»
Дистиллят
общий
Температура,0 С,
меди обмоток
по фалам
2
**«.
С
£
к
К
X
С
а
ri
с
й
S
X
Св
С.
С
2
св
Q.
V
г*
2
2
4)
2 5
-ё
К о
с
-м =
0.00 182
11.00 181
12 00 181
9,0
9,0
9,0
17
16
16
7,2
6,9
6,9
42
47
47
2
О)
2 5
С. Ё
й й
ft) то
Q. й
<D X
е о
41
47
47
2
4>
- К
2 v
О. к
4) X
с о
40
46
46
S
<и
Al
Bl
В2\С1\
С2
й «
<u X
с о
40
46
46
60
72
72
59
70
70177
60
77
60
70
70
60
71
71
99
70
70
5
С
А 2
5. Все электрооборудование (специальные генераторы переменного тока с дву-
мя статорными обмотками, почти предельные по мощности ГЭД постоянного тока
впервые примененные в отечественной- практике мощные силовые кремниевые
выпрямительные установки и тиристорные возбудители, а также другие элементы
системы управления и регулирования) оказалось надежным в различных режимах
плавания ледокола в свободной воде.
6. Объем информации и средства управления, представленные на пульте элект-
пи^лп^.НИЯ’ позволяют одному оператору набирать схемы главного тока, контро-
Z ZUoZ™" ” “ПУ' ПРИВЛеКМ “ "'ради—им осмотрам рабХ
тего оборудования только подвахтенный персонал.
УСЛ°ВИЯХ‘ Испь1Тания ГЭУ в ледовых условиях
делению ледокольных к™? АРКТИКИ и совмещались с испытаниями по опре-
ных ледяных полях, битых аТ0М0х°Да .Леонид Брежнев ” при движении в сплоит
тадах разной тотщщ^ и с разнь^^^^ ЛВДаХ’ мощных торосистых крупнобитых
с испытаниями по определению п ежнь1мпокРытием,а также при работе набегами и
Движение непрерывным холок, и ЛЬН°Й Т0Лщины льда, при которой возможно
> также „ри х»; Г:'У проводились в двух режимах: швар-
Регулирования в швартовном п ЛЬДах> ^ГОМУ предшествовала наладка систо-
ое'п^.?ЧИЫе работы ^изводились р * КаК один нз э™0® испытательного цикла.
приб^СЛа * мощные торосы Пои ^ГаТИЧеских и Динамических режимах при упо
b"“OWOro <*> "Р^ппиись осциллографы и переносные
ШТаТНЬ,м“ 4>ибор.м™) класса точности.
МОЩНОСТИ, соотврукояток ПУ в ращ^^ИСТИКИ и подрегулировка мощности я*
2) "Ро»ерк,'^®их«.55,70,90и Е““ П₽И положы““х ограничите
— от
~ — Идейна ПдТоГЛХХ^и.^
I енераюр
Л1
28
31
31
Температура, С, Температура
воздуха в С, под
ВУ по фазам шинника
24
28
28
22 23
25 26
25 26
20 21 43
22 24 45
22 24 45
62
62
62
Якорь
кормовой
N* 2
53
60
62 28
63 35
38
55
55
43
51
51
60 63 35
Дистил-
лят кор-
мовой
Р
Я
г
|
133
135
135
Шино-
провод
25 35
37 68
37 68
№ 1
4) подрегулировка тока главной цепи (до 0,3-0,33 номинального) - и прекра-
щении циркуляции воды в системе охлаждения щитов электродвкжшия;
5) проверка ограничения тока главной цепи при реверсах.
Испытания ГЭУ в швартовном режиме проводились по специя программ*,
предусматривающей всестороннюю проверку работы электрооборузоьая’ля в ста-
тических и динамических режимах при разном числе включенных главных турбо-
генераторов, раздельном и последовательном соединении якорей ГЭД а также
в длительном (тепловом) режиме работы с номинальной мощностью. Кроме того,
программой предусматривалось выполнение 60 реверсов ГЭД по 30 реверсов в час.
На основании результатов испытания ГЭУ в швартовном режиме были сделаны
следующие выводы:
1. Основные статические и динамические характеристики соответствуют рас-
четным. Результаты замеров и осциллографирования приведены в табл. 2.5.4—25.6
и на рис. 2.5.6.
2. В режимах работы одного турбогенератора на два последовательно осложнен-
ных якоря и двух турбогенераторов на три ГЭД используется номинальная мощность
турбин.
3. По положениям рукояток ПУ достигается удовлетворительная загрузка кон-
туров.
4. Система автоматического регулирования обеспечивает устойчивость как в
статических, так и в динамических режимах. Кратковременные всплески тока глав-
ной цепи составляют 1,9 номинального значения. Время реверса ГЭД 7 с (против
расчетных 10 с). Время пуска ГЭД — около 8 с, максимальный пусковой ток не
превосходит 1,7 номинального. При этом обеспечивается плавное нарастание мощ-
ности, значение которой в процессе пуска не превышает номинального. При пусках
и реверсах возможна одновременная перекладка рукояток ПУ всех ГЭД без слрао-
чения по времени.
5. Значения теплотехнических параметров электрических машин, выпрямитель-
ных установок, шинопровода и других элементов ГЭУ находятся в лопустямых
пределах с запасом.
83
Таблица 2.5.4. Значения параметров среднего ГЭД в зависимости от положения рукоятки ПУ „вперед"в швартовном режиме
Е X Й к о X CL S 5 X о с о Е 5 10 15 20 5 10 15 20 2 3 4 5 6 1 8 9 е? <т> и. X X X я я а. я я _ © I ,Я © 5* О 20 50 73 85 26 59 76 89 25 25 30 33 38 43 50 \ 63 4 8- i к X ё я L, <7 * * °- ° О Н ь 20 65 120 155 25 25 35 40 50 70 85 110 Параметры носового якоря ta X m и Л и о X 1 S а на „свои” як 360 875 2800 4820 70 1320 3190 5220 энной мощное шением якор 56 56 140 161 296 450 825 1170 Параметры кормового якоря i к X X * t- с « л ь- 2 о й X а. О и V- X 1 25 | 85 . 130 1 165 ) ) ) ) )
< ё и X © г) о я X о Е- 170 210 210 210 Пр 20 20 25 35 65 100 100 100 < X х' Е- При ра& 0,3 2,3 0,5 0,73 и работе oj 0,4 0,4 0,7 0,7 0,8 1,0 1,5 2,5 ЙО X ё if « & « X эте одного туг 120 380 560 660 того тур боге с последовать 30 30 50 70 170 230 280 360 ш У А Н и О I о S >богенератор 360 875 2800 4820 нератора с п< щьным соеда 12 12 35 49 136 230 425 890 и А и ! о :оря ГЭД 70 1320 3190 5220 :тью на три I ей 44 48 105 112 160 220 400 880 CQ V* 5 * Си с X 140 440 580 670 "ЭД 110 120 150 160 200 220 270 350 < х 1 £ 1 о 1 0,5 3,0 5,5 | 7,8 0,4 0,4 0,7 0,7 0,8 1,0 1,5 2,5 « X X Q я я ю п о № X о Е- 1 140 210 210 210 10( 10( 10( 10( ЮС юс юс 100
10 71 125 100 3,2 400 1280 2560 1280 400 3,2 100
11 75 140 100 3,6 440 1580 3130 1550 430 3,6 100 —
12 76 145 100 4,0 450 1800 3500 1700 430 4,0 100
13 81 155 100 4,3 470 2020 4000 1980 460 4,3 100 —
14 84 165 90 5,0 480 2400 4800 2400 480 5,0 100 —.
15 86 170 80 5,3 470 2500 5150 2650 500 5,3 100 —
16 91 180 70 6,0 450 2700 5800 3150 520 6,0 100 —
17 99 200 50 7,5 400 3000 7350 4350 580 7,5 100 —
18 99 200 50 7,5 400 3000 7500 4500 600 7,5 100 —
19 100 205 50 8,0 400 3200 8000 4800 600 8,0 100 —
20 104 220 50 8,9 370 3300 8800 5500 620 8,9 100 —
При работе двух турбогенераторов с полной мощностью на три ГЭД
2 26 30 160 0,6 150 90 107 17 170 0,1 150 20
3 29 30 180 0,6 170 102 136 34 170 0.2 130 25
4 41 45 190 0,7 270 189 405 216 270 0,8 140 40
5 44 50 210 0,8 300 240 430 289 270 О'* 125 40
6 52 65 210 1,5 370 247 573 296 370 0,8 180 50
7 62 80 210 2,4 450 1125 1 585 460 460 1,0 210 70
8 66 90 210 3,0 470 1410 1 890 480 480 1,0 210 70
9 82 105 210 3,0 600 1800 3 475 1675 620 2,7 210 100
10 88 120 210 3,7 640 2370 4 680 2310 660 3,5 210 110
11 100 145 210 4,9 770 3740 7 100 3360 "80 4,3 210 130
12 104 150 210 5,3 780 4130 8 130 4000 800 5,0 210 140
13 НО 165 210 6,0 830 4980 9 825 4845 850 5.7 205 155
14 ИЗ 170 210 6,5 830 5400 10 730 5330 860 6,2 205 165
15 114 175 210 6,8 850 5780 12 030 6250 880 7.1 205 175
16 117 180 210 7,1 880 6250 12 820 65'0 900 7,3 205 180
17 120 185 210 7,5 910 6825 14 080 7255 930 7,8 200 190
18 122 200 200 8,2 930 7630 15 610 '’980 950 8,4 200 200
19 126 200 200 8,0 960 7680 15 620 7940 980 8,1 185 200
20 130 215 200 8,8 980 8600 17 600 9000 1000 9,0 190 215
rusnw 2.5.5 Значения параметров правого Г'ЗД в зримости от положения рукоятки ПУ „вперед в швартовном
при 1 нои м v 4 rw и раС. те двух турбогенераторов на три Г УД
у • | sdo.ltfdJN J 1 ННКчП * VO< О" '“' I m vi J * 1 гн 6i M ci
Параметры кормовою яиг.ря у 'VHIvrM NV k(—/-4»nvn»n»nV)‘ra‘nva»n«n©O © 2 2 2 2 S X Os OS OS * 04 00 00 ’ r=5 «
ум ‘NV I V» CN sc c~ Л Ч я ~t 4 * 5 <4 <4 ' •_ -1 2 5 © s-J «О ТГ Mf unvosososcr-r-oooo
Ц '^HHA'KVkUtVH
x^n ’чл,н»нтпо}у Zi СП § Л M? 3S № <N OO O> »-< ЧП 4 O> J Г-. r-,nnr<>TVl^\OiOr'6'OOCIC
AH'* ’ttej ЧЛЛ?Н»ПО|\ TfVi<-'-<tTCOOo©C>OOvoQ»OC?2o X^'?nrf'xc>vio't06nv)\c'om2[r- C4V->0C.-Hm<NCN00C>mCM«n©r^<O4O »N V-4—1Т1Л1ЛГ'«Ог-1б)ГЧТ1Г>^Г, •—4 a—< rH е-Ч еЧ rH r4
1 ?вр&мгтрм НОСОВОГО якоря XflN *ЯХХ>НТПО|^ ^oO'o^’voQC>o»oooo»ocp»oooc> ojOMrtMrt’tO', ar-ir)MW'-<cr>iDir)xt о H-JfN^iCOOceMCaiVICirlMlDClO »~i ГМО(МОЯ’Т1/)1/)\ОГ'Г'МОО
Я *ангг£>жи<111вц 22252Aoo2Qcj©ooooooo$ ^©Q^rNT’0©?N,zi«-(vi©»-»<ot^ooooQ
VN’MOl o-c- Sh 4 1/1 «- n. <4 -l U'3'-r,”r'S>''tTV1v-)i)sOiCt'>xX
V ‘иннаВж Aytoa MOj ----SR8858S222;M8i8 2
V’lJ fduXBdaH -a i инн-'t'•ленmu ।
’4rtrt,-l’-*iHrt^Hr4rlc4(N
HHW/yO * KMH»Ynwd« ихогэи^ < «*» 5- м, vi c3 S Я °° с% —’40 ос к гч u'OSQ'HrHr-irjfNnclO
AU и <ix<> -<Kd вин дшодоц *‘irr>’*«nsot> W OS n « M - .. CT'SZI2!!2'*V5'e'>o0o'Q
Jediuiut ft ft I )У. швартовном
t v/ию. t'm /нпоров < ионной мпщтх ц,н> (г» to
Iftri \'fl I (Kt ,J
P' име при раПоге грех Г)Ди двух
ение о. раничигелн мощности
(Положение рукоятки ПУ 11о!|Х<)1|*1ГМ4>1 М«1Щ||<Н !Ь, кВт (вчи< лик н ), и чпиота пряли ним oft/мин (и зннм«1<а1> че) С.ммцгная -• греб’:** мая мжжх“П| трех ГЭД а. Вт _ -г- — б “ 1 Ч a L 11 Суммарная расчетная мощность на Слайдах ГрЕЖ ГЭД. л. с.. Ж W rvta вращения. об мж Суммарная мощность «м t -э -t тХяЗГ irUHTL-ф
Jtenoi о ГЭД cpeniici <> ГЭД HpBHOI <> I ш
2 1 2(5/16 107/26 84/20 320 4В 900/21 460
3 272/32 136/29 215/31 620 805 1 650/28 900
4 886/50 405/41 540/42 1 830 2 380 2 550/3$ 2 640
5 1 174/55 430/44 824/49 2 430 3 160 3 7’0/43 3 500
6 1 406/59 573/52 1 134/53 3 110 4 040 5 400/50 4 500
7 1 814/65 1 585/62 1 380/58 4 780 6 200 7 500/58 6 900
К 3 074/78 1 890/66 4 290/85 9 250 12 ООО 10 200/66 13 350
9 4 924/90 3 475/83 5 950/90 14 350 18 650 14 700/77 20 700
10 6 245/97 4 680/86 5 800/92 16 725 21 800 19 500/85 24 150
11 7 410/103 7 100/101 7 040/99 21 550 28 000 24 300/92 31 )50
12 8 446/109 8 130/104 8 300/106 24 375 32 400 29 100/98 35 800
13 9 710/110 9 825/ПО 10 270/112 29 800 38 700 33 900/103 4*000
14 10 824/118 10 730/113. 11 530/118 33 100 43 000 38 1 00/108 4 700
15 12 060/120 12 030/114 12 055/119 36 150 46 900 43 500/112 52 100
16 13 100/124 12 820/116 12 760/121 38 680 50 400 48 300/116 55 750
17 14 290/125 14 080/119 14 565/126 42 935 55 600 53100/130 61 800
18 15 650/128 15 610/122 15 530/128 46 790 60 800 57 900 124 67 400
19 15 680/130 15 620/126 16 320/128 47 620 61 900 62 700/127 68 700
20 17 300/133 17 600/130 17 270/132 52 170 67 900 67 500/130 75 200
Примечание. При расчете мощностей использованы след юш значения
КПД: генератора 95,8%, выпрямителя 99%,электрической сети 99.5 и двигателя
Рис 2 5 6. Осциллограмма реверса бортового I ЭД
с ™».0гЛоЯ. „впер®"в.«»
тонном режиме.
87
Рис 2 5 7 Осциллограмма реверса ГЭД с полного хода „впе-
ред’’ на полный ход „назад” в режиме взаимодействия винта
со льдом.
После испытаний ГЭУ в швартовном режиме была произведена проверка ее па-
раметров при ходе ледокола в свободной воде, показавшая, что и в этом случае
обеспечивается использование номинальной мощности турбин.
Испытания ГЭУ при движении ледокола во льдах заключались в наблюдениях
за работой электрооборудования и снятии осциллограмм пусков и реверсов ГЭД
в режимах взаимодействия винта со льдом. На рис. 2.5. приведена осциллограмма
реверса ГЭД с полного хода „вперед” на. полный ход ,.назад” в таком режиме.
В режимах взаимодействия винта со льдом всплески тока главной цепи не пре-
вышали 1,3 номинального значения, продолжительность ударов винта о лед была
в пределах 1-3 с, кратковременное снижение частоты вращения ГЭД достигало 70%
номинального значения. Время реверса ГЭД - около 6,5 с. Анализ нескольких
осциллограмм в режимах взаимодействия винта со льдом позволил сделать пред-
положение, что полного заклинивания гребных винтов и срабатывания защиты в
указанных режимах не произойдет.
В период ледовых испытаний проводилось тензометрирование конструкций
ГЭД. На рис. 2.5.8 дана осциллограмма изменения механических моментов левого
ГЭД при движении ледокола во ладах толщиной до 1,5 м. Из рисунка видно, что
механический момент ГЭД определяется суммой постоянного (кривая 7) и пере-
менного (кривая 2) моментов. Переменный момент может достигать значения, рав-
ного номинальному моменту. Наброс переменного момента происходит в течение
’ ЯКИМ °браЗОМ) суммарный механический момент ГЭД может достигать
тоебованиямМИНаЛЬН0Г0 значения- Эти значения момента соответствуют заданным
7< алл*! ЛеД?г^1«ЛСП^1таний показали, что первая отечественная ГЭУ мош-
условиям эксплуатации ледокола во всех
костью 75 000 л. с. (55 200 кВт) отвечает
режимах.
вращения Пв^б/мад^ри работеТ ™ ГЭД С час'готой
р раооте во льдах толщиной до 1,5 м.
88
2.6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
зма, что хоР°шие^ледокедл^ыеака^стваПато|^охода^т1Па ”Пе°НИД БРежн«” пока-
нить время навигации, превратив ее в X"°ЗВОЛили существенно удли-
глогодичную. Тем самым были достигнуХХJ Й Арктики практически в кру-
хозяйствениых грузов по Северному ^ском^^и ^ссо®ые перевозки народно
ные операции по проводке тпан< п<ХХУ 11ути- Стали возможными уникаль-
многотонными грузамиХя нХёХёпХ УД°В К “^У^ову Ямал с ценными
вера, высокоширотная проводка атомным Про^ишлсииости Крайнего Се-
портного дизель-электрохода*
(Берингов пролив) в 1978 г и наконец п ' •ий из Мурманска до Певека
нев” в свободном плавании к Северному ^лю^ (”^7,ПеДОКОПа БР<-
плав^ХГи неограниченность района
повышенные требования к АППУ и ГЭУ как по л'^итerп.^UШOCTЬ,O, предопРеделили
так и по надежности В ходе экспл^Х^рТ^Х иЖТГи^У
”“в<^:гииБ^Х’довлет,°₽жю’ ™ ’ребо.™» Mj mZ
1 ак, в отно! ении 1 ЭУ опыт эксплуатации показал следующее
расче™ыГ(5В000™еЖНОП Раб0Т“ 6” "'"^^ого обслуживания больше
— система автоматического управления и регулирования стабильно обеспечивает
статические и динамические характеристики;
— отсутствует срабатывание максимальной защиты по причине заклинивания
гребных винтов при взаимодействии со льдами, что показывает преимущество сис-
темы переменно-постоянного тока перед системами постоянного тока;
— за счет ГЭУ получены надежные и высокоманевренные характеристики ледо-
кола при прокладывании каналов во льдах разной толщины, расширении каналов
для прохода к застрявшим судам, маневрах с буксируемым судном, буксировке
судов вплотную, что обеспечило повышенную скорость проводки судов в ледовых
условиях и одновременно безаварийность плавания;
— безотказно работают в условиях вибрации и ударных сотрясений впервые
примененные мощные кремниевые выпрямительные установки и тиристорные
возбудители;
- применение главных генераторов переменного тока подтвердило основное
преимущество ГЭУ двойного рода тока - повышенную надежность и экономичность,
резкое снижение трудозатрат на обслуживание. В процессе эксплуатации были уста-
новлены специальные вентиляторы для отсоса щеточной пыли из кожуха колец
роторов, что еще более повысило надежность генераторов;
— подтвердилась необходимость принятых мер по усилению жесткости станин
и установке дополнительных верхних креплений ГЭД к корпусу судна, так как
они в отношении вибрации и ударных сотрясений оказались в наиболее тяжелых
условиях эксплуатации по сравнению с остальными элементами ГЭУ;
- на надежности работы ГЭД положительно сказалось применение специальных
вентиляторов для отсоса щеточной пыли из зоны коллекторов: за время эксплуата-
ции сопротивление изоляции обмоток якорей и полюсов сохранялось на практичес-
КИ "no~3KcZ^™y атомных ледоколов типа Jta.Bjoj»” можно
сделать следующие выводы. Характеристики ^^^"^“^модействии виита
дополнительного момента сотР™™е™^в“^вуюшее частоте вращения винтов при
СО льдом, значение ледового момента, соответст у _ номинального под-
нулевом упоре, а также значение момента стоянки, равное 1,7 номИН^°™’
л ГЭД в самых тяжелых и длительных
твердились. Температурные “₽^ри<:™ до1Д™ык значений. При разработке
режимах работы ледокола не пРевыс «ибпапии чтобы исключить резонанс-
ГЭД необходимо учитывать частоту ходовой вибрации, что ^льного
ные явления. Заданное коЛИЧес™°^®Хсь реальными режимами работы ледокола
времени) и 60 в течение 2ч- подТВ^Д ышалось. Частичные режимы с уровнями
и в некоторых условиях эксплуатации пр
89
в11КНОа предусмотренные для экономи-
,< 4S 70 90% номинальной I эксплуатации.
„“Хиз-ьио" зашиты и,™ токах и гла.....,п
чной работы >«. срабатывания мак .имаяьИЫми как с точки зрения
П₽^№ 2 5 номинального, оказали^
с точки зрения быстродействия
цели. мектричееких машин ” .рж)(<.„а рнционалыюлъ лримо-
“ »м6ужда*И" ^tx о"^™ляете« от двух главных гур.
жпш рчптиро питание которы .„.„.„носи, ледокола при выходе
S2”- ™ “^0ГХ^^»аИие состоит в том, кто ГЭД
L%=x ОДНОЙ турбины. Тая““^Ри”не менее чем от двух «ервнчных двигателей,
ледоколов должны получать питан
__________ I km a i
fjy ДИЗ! ЛЬ ЗЛЬК ГРИЧЕСКИХ ЛЕДОКОЛОВ
§3.1. ГЭУ ЛЕДОКОЛОВ ТИПА „КАПИТАН ИЗМАИЛОВ
3.1.1. Общие снедения. Сонепкий ледокольный флот пополнился >р.мя ноиыми
портовыми ледоколами типа „Капитан Измайлов". построенными я Финляндии
фирмой „Вяртсиля" |18|.
Основные данные судна;
Идина наибольшая, м........................ •
Ширина наибольшая, м ............. ........ 16*03
Высота борта, м.......................,......... £
Водоизмещение при осадке 4,2 м, т........ 2048
Длительная мощность Iданных дизелей, л. с. (кВт) '360(3945)
Максимальная длительная мощность на зребных винтах,
л с. (кВт) ............ ........................ 4100(3018)
Скорость при осадке 4,2 м и максимальной мощности
на гребных аалах, уз ......................... 14,05
Гребная установка дизель-электрическая, на пер* менно-постохниом токе, с
двумя кормовыми винтами и распределением мощности м<«ду ними а отноип
НИИ 1:1
На рассматриваемых ледоколах впервые для питания I )Д и обпнчудпаых
потребителей предусмотрена единая электростанция с четырьмя генераторами пере
менного тока Питание потребителей собственных нужд в ходоком режима осуш* г
шлется от трех преобразователей переменного тока 600/400 В мощно* mjo по
400 кВ А, которые могут работать параллельно. В режиме стоянки судовые потре
бигели питаются от стояночного дизель-ген оратора мощностью 200 кВт.
В оста » установки входит следующее’основное оборудование
четыре главных дш щь-генератора, каждый из которых состоит из дизеля
8 ?4 I S номинальной мощностью 1340 л. с (986 кВт) при частоте нращемия
750 об/мин и генератора переменного трехфазного тока, бесщеточного, типе
HSPUl I ?/‘>54В1б мощностью 1800 кВ А, напряжением 600 В, на частоту 50 Гц,
О>89> 0,53, КПД 94*;
два 1ЭД постоянного тока типа GT( U L..135/655 Л6, одноя корны х, мошжх
тью по 1S50 кВт каждый, напряжением 650 В, с частотой вращения 240/130 об/мим;
д а I л «иных тири< горных преобразователя, состоящих каждый из четырех
параллельно включенных грехфазных ступеней типа SI 1с выходным напр.
жени* м 650 В, равняющих от одного формирователя импульсов;
четыре однофазных дросселя, по два на каждый ГЭД, предназначенных для
। лажинания пулы аций выпрямленного тока;
три р в. рсивнг lx тиристорных возбудителя ГЭД (один из них рстаовныб)
с >1- гв иным охлаждением, каждый из которых состоит из двух трахфвймых
мостов, включенных по встречно-параллельной схеме, с выходным напряжением
440 В при токе 57 А;
три поста управления две колонки управления в рул-ной pyOxi и ретарвМов
управление из аппаратной;
щит электродвижения.
Главные генераторы конструктивно выполнены со степ«нью ..щиты 11 2 3 *
изоляции обмоток В В в рхн п чю ти генераторов устатшлшы фильтры oxnMW-
91
автоматики
Рис. 3.1.1. Схема единой электроэнергетической установки ледоколов
типа „Капитан Измайлов”.
шего воздуха и вентиляторы. Предусмотрена автоматически управляемая регулиро-
вочная заслонка, при помощи которой холодный забираемый снаружи воздух может
смешиваться с теплым воздухом машинного отделения. В обмотках и подшипниках
генераторов предусмотрены датчики для замера температуры.
ГЭД рассчитаны на двукратные перегрузки по току в течение 1,5 мин при на-
пряжении 190 В и частоте вращения 80 об/мин. Каждый ГЭД имеет два вентилятора,
которые<могут забирать охлаждающий воздух с открытой палубы или из машинного
отделения. Предусмотрена автоматически управляемая регулировочная заслонка,
позволяющая смешивать холодный наружный воздух с теплым воздухом машин-
ного отделения. На входе охлаждающего воздуха в ГЭД установлены фильтры.
Трехфазные мостовые тиристорные преобразователи имеют двукратные запа-
сы по току и напряжению, перегрузочная способность по току 5100 А в течение
1,5 мин (выпрямленный ток 2550 А).
3.1.2. Схема главного тока. Два гребных электродвигателя ГЭД1 мГЭД2 посто-
янного тока получают питание от общей сети 600 В, 50 Гц через тиристорные преоб-
разователи ВУ1, ВУ2 (рис. 3.1.1).
Общую сеть питают четыре главных генератора Г1-Г4. Сборные шины главного
щита разделены на две части разъединителем В1. От этих шин получают питание три
М1> М4' М7 от котоРЫх в свою очередь питаются
пожапные няг^гкГлм шГ а также мощные потребители судна, такие, как
"ирная « ’ К0МПРесс°Р“ ™евМОоб„ывающей системы М2, Мб, бук-
Таким образом, распределение энепги
двух сетей: главной - напряжением 60П п И ”а СУДНе ^УЩествляется с помощью
Эти сети между собой электрически И ВСПОМОГательной - напряжением 400 В-
ния, возникающие в главных цепях пои ое^иняются- и потому нелинейные искаже-
таяовок, не попадают во вспомогательную °Те управляемых выпрямительных ус-
ционное оборудование и системы автом *° °Т КОТОРОЙ питаются радионавига-
чать или отключать во время работы с Главные генераторы можно подклю-
нарушая работы других ма;пин или вспомогательн ^ТОМатических выключателей, не
9 2
Рис. 3. 1. 2. Схема возбуждения и управления ГЭУ ледокола „Капитан Измайлов”
Управление дизель-генераторами дистанционное из рулевой рубки. Рабочая схе-
ма ГЭУ отображается на коммутационной схеме, расположенной на пульте управле-
ния.
Тиристорные преобразователи ВУ1, ВУ2 подключаются к шинам 600 В с помо-
щью силовых автоматических выключателей. В контуре постоянного тока каждого
ГЭД установлены однополюсный автоматический выключатель и для сглаживания
пульсаций выпрямленного тока - однофазный дроссель.
3.1.3. Схема возбуждения и управления. Каждый ГЭД работает независимо от
других и оборудован собственными устройствами для управления и регулирования.
Предусмотрены три поста управления: два в рулевой рубке и резервный в ап-
паратной. Избирательным переключателем на посту управления в рулевой рубке
можно осуществить выбор места управления.
На рис. 3.1.2 приведена схема возбуждения и управления одного ГЭД. Схема
другого ГЭД аналогична. Буквенные и графические обозначения элементов на схеме
в основном даны в виде, принятом фирмой — изготовителем ГЭУ.
Обмотка возбуждения ГЭД получает питание от сдвоенного тиристорного моста
2Ь, 2с со встречно-параллельным включением. Мост подключен через трансформа-
тор Тр к шинам ГРЩ вспомогательной сети 380 В. Дополнительно имеется резервный
тиристорный возбудитель для питания обоих ГЭД.
Изменение частоты вращения ГЭД осуществляется путем изменения выпрямлен-
ного напряжения главным тиристорным преобразователем 2а, реверс ГЭД — прсред
ством изменения направления тока возбуждения ГЭД с помощью тиристорных
возбудителей. Увеличение вращающего момента ГЭД при работе во льдах достигает-
ся за счет увеличения его тока возбуждения. 93
„„ им мощность СО стороны ПОСТОЯННОГО тока
При реверсе ГЭД рекуперируемая нм
инвертируется в сеть переменного на параметры цепи якоря и возбуж-
Система регулирования ГЭ> воздеиств) г
дение ГЭД. .й систему регулирования ГЭУ можно
В зависимости от в“^^^е ^ ванне тока якоря, регулирование мощ-
разделить на части, осущестнляющ Р усиления поля ГЭД, ограничитель-
ное™, регулирование основного возбуждения у
"«е^лироваиияи^ео^ич^ внутренний контур. Заданные
значени?токаРякоря поступают от избирателя максимального знамени ОЬ. Действ
ХХе^изчение тока якоря измеряется при помощи шунта Ш и измерительного
преобразователя 23. Этот выходной сигнал 1а дейст и сигнал / напряжения, завися-
щий от числа подключенных генераторов, перемножаются в множителе 17 с .откуда
сигнал поступает на избиратель максимального значения 10b через контур образова-
ния функции 29. Выходной сигнал избирателя максимального значения 1 ОЬ 1а зад -
наименьший по абсолютной величине из входных сигналов избирателя. Если ни один
из рассматриваемых ниже сигналов ограничения a ,b,c,d,e не действует, то значение
сигнала _ то же, что и выходного сигнала усилителя регулирования мощ-
а зад
ности 9а.
Управляемое релейным контактом положительное напряжение, влияющее на
усилитель регулирования тока якоря 9Ь, обеспечивает инверторный режим работы
тиристорного преобразователя 2а, если контактор возбуждения разомкнут. При
этом в системе регулирования тока якоря действуют следующие сигналы ограниче-
ния:
а — сигнал ограничения тока, производимого „сопротивлением установочным
главного механика* (СУМ) 19b;
Ь — максимальное значение тока при включении одного генератора;
с - максимальное значение тока главной цепи, определяемое наименьшей до-
пустимой частотой;
d — заданное значение тока, зависящее от напряжения якоря ГЭД;
е — сигнал ограничения тока при перегорании предохранителя главного тирис-
торного преобразователя.
Система регулирования мощности образует внешний контур. Регулирование осу-
ществляется таким образом, что мощность ГЭДподдерживается постоянной при изме-
нении характеристик в диапазоне от характеристики хода в свободной воде до характе-
ристики хода во льдах. Установленное значение мощности зависит от количества вклю-
ченных генераторов. Заданное значение мощности Р поступает от вращающе-
гося трансформатора 3 и измерительного преобразователя угла 4. При помощи
согласующего усилителя 5 а уровень напряжения сигнала Рэад настраивается на необ-
ходимое значение. Колебания сигнала выравниваются при помощи интегратора сиг-
нала заданного значения 7а. Цепьаб олютного значения 6а необходима для сохранения
полярности сигнала /»зад, поскольку действительное значение сигнала Р - поляр-
(напРавленис тока и «пряжение якоря ГЭД не зависят от нагоадления
вращения ГЭД), а полярность выходного напряжения измерительного поеобразо-
“Гэна^ниг мХоХТ ЭаВИСИ_мости от направления вращения ГЭД. Действитель-
ное/ и U дейст образуется в множителе 17а перемножением сигна-
а дейст и деист-
” 3аЖИМ”‘ ™Р"ст»Р"°го моста при помощи
“ЙЙЙЙЙ « тави^ии т юмЧ>"™ь»<>го преобразователя 24. Этот сигнал
и сигналу зави ящий от числа подключенных генераторов пепемножяются и мно-
житале ПЬ При помощи сигнал, q и сигнала/, оказывающего влияние иа действи-
тельные значения тока, достигается ограничение мощности ГЭД в^Хсймо^ от
числа подключенных генераторов. Л зависимости от
й ‘'.’й™ J-мощно"и действуют следующие сигналы ограничения:
диэете-генераторов^ “ —имюгьными зиачениямй’могцноеп.
п максимальная частота вращения ГЭД.
ггвиж^Гс^Г свобоп«пйНИЯ ГЭД осуществляется бедующим образом. При
движ нии судна в свободной воде частота вращения гребного винта наибольшая.
94
ток. и „,пр„.
чеииях тока и напряжения якоря I3JI. У • ->А ПРИ номинальных зиа-
При моментах сопротивления на валу [ ЭД, превышающих моменты шппотиж
пения, соответствующие швартовной характеристике (работ» во льрах) увеяичшие
г^и11^ЩеГО момента Достигается та счет увеличения юка якоря до значения 21
При этом тиристорный мост регулируется так, що напряги, ГЭИ vueX
шается. Это обеспечивает ограничение потребуем* Г*Д
торных возбудителей, включенные встречнопараллелько, работают без циркули-
рующего тока. Для каждого из мостов предусмотрен» соботьмщая система им-
пульсно фазового управления (21b и 21с), липуча* щая управляя щий .игнал оттягу
лировочного усилителя (9 с и 9d соответственно)
Действительное значение тока возбуждения /в цеЖ.. т .амерхется и «мерительным
выпрямителем 22. Сигнал заданного значения /в13ад поступает от избирателя мак-
симального'значения 10 с. Для цепи блока логики реверса 20 необходимо, чтобы
сигналы заданного значения тока возбуждения соответствующие направлению
вращения, были разной полярности. Полярность сигнала заданного зшчемжя/в
изменяется в зависимости от направления вращения ври -оыощи выключателя
8g и усилителей изменения полярности 11с и lid. Так как полярность /ж дейст
неизменна при обоих направлениях вращения, то знак /в зад, при ходе
„назад” усилителем 11с, при ходе „вперед” изменяется на против иозложжмй уси-
лителем 11 d.
Значение /в зад, соответствующее основному полю, от блоков 16 с
и 25 к. Когда 1Q дейст превысит номинальное значение, устанон ленн-х на вот'кцио-
метре 25 i, величина выходного сигнала блока 12b падает до зкэ’кннд соответству-
ющего току усиленного поля и проходящего через избиратель шиммалыгого зна-
чения 16 с. Блоки 14 b к 26 вступают в работу при реверсировании ГЭД.
При работе системы регулирования тока возбуждения действуют следующие
сигналы ограничения и логики:
г - интегрирующее напряжение, которое при начале реверса сягжает /BJJaa
до нуля, а при окончании реверса увеличивает /в зад до значения, соответствующего
рабочему состоянию;
j - напряжение ограничения, которое ограничивает напряжение якоря ГЭД
в режиме инвертирования, уменьшая возбуждение,
к — напряжение ограничения, которое ограничивает мощность рекуперации
при увеличении частоты главной сети, уменьшая возбуждение,
b — разрешение на реверс — логический сигнал, поступающий с блока контроля
напряжения возбуждения 20.
В системе регулирования ГЭУ кроме рассмотренных выше имеют место сле-
дующие ограничительные регулирования: а) ограничение максимальной мощности
ГЭУ; б) регулирование, исключающее перегрузку дизель-генераторов.
Максимальная мощность ГЭУ ограничивается при помощи функциональной
цепи 29 (сигнал d), которая ограничивает ток якоря в зависимости от его напряже-
ния. Ограничение тока якоря осуществляется также при рекуперации мощности с
помощью цепи абсолютного значения 6 а , когда главный тиристорный мост работает
в режиме инвертора.
Ограничение мощности в зависимости от числа включенных ген раторов (сиг-
налы g и /) обеспечивается таким образом, что ток и напряжение ГЭД достигают
номинального значения при включении в сеть четырех генераторов. Если включены
один, два или три генератора, то мощность, отбираемая ГЭД, равна приблизительно
1/4, 1/2 и 3/4 номинальной.
Защита от перегрузки дизель-генераторов осуществляется контролем мощнос-
тей отдельных генераторов либо контролем частоты сети переменного тока.
Аналоговые напряжения, пропорциональные мощностям генераторов Рг, neerv
пают на избиратель максимального значения 10а, который пропускает наибольший
сигнал Этот сигнал сравнивается с-сигналом, соответствующим номинальной мощ-
ности главного генератора, и если он превышает установленное значение, то регули-
ровочный усилитель 72* выдает сигнал Л ограничения тока якоря ГЭД.
о?
Г9У ледокола типа „Капитан Измайлов-
tOCTU с >г пол ожеш 1Я --1
>» Е X Ток главных генераторов,А МОЩНОСТ! генерато главных тов, кВт н < CQ £ ГЭД, ? ГЭД,
£ 1 S ч СП а 5 5
К О 1 I Et (н О У № о
ожение рук Г1 Г2 гз Г4 Г1 Г2 гз Г4 эщность ГЗ ж контура о X X (U * К о. с X to м о п X стота вращ /мин
С S н X о н £
5 10 300 410 140 300 360 500 220 400 140 255 90 250 130 250 140 250 0,45 0,8 0,9 1,6 230 320 12 12 150 200
15 580 500 600 500 300 275 275 275 1,0 2,1 370 17 230
20 580 500 600 510 380 360 350 360 1,2 2,2 500 12 250
Мощность ГЭУ ограничивается также, если частота главной сети отклоняется
от заданного значения более чем на ± 5% номинальной. При этом регулировочный
усилитель 12 b выдает сигнал с на ограничение тока якоря ГЭД.
К прочим ограничениям относится регулирование максимальной мощности ГЭУ
в пределах 85-100% номинальной с помощью „сопротивлений главного механика”
19а и 19b, г также при плавании ледокола в тропиках — до 90% номинальной с помо-
щью ручного тропического выключателя.
Кроме того, ограничение мощности ГЭУ происходит:
- при остановке одного из вентиляторов ГЭД - до значения, равного полови-
не мощности двух дизель-генераторов;
- при остановке обоих вентиляторов ГЭД - до значения, равного примерно
половине мощности I ступени;
- при перегорании одного предохранителя главного тиристорного моста - до
0,85 номинального значения мощности;
о ~ ПРИ повышении температуры элементов главного тиристорного моста до
80 С - до значения, равного мощности одного дизель-генератора.
3.1.4. Защита и блокировки. В ГЭУ предусмотрено срабатывание защиты глав-
ных дизель-генераторов: к J
- по максимальному току;
- по минимальному напряжению;
- при срабатывании Дифференциальных реле;
- при превышении допустимого значения обратной мощности
₽приГЭД °™'™™ ь -едуюшиТелХх:
4" XZS™ м™том~=
при остановке вентиляторов охлаждения гпяпи ’
выдержкой времени; ия глаеного тиристорного моста — с
при чрезмерном повышении частоты вгаштиа пп
при превышении частоты вращения ГЭП и ГЭД мгновенно;
вой огонь) мгновенно; одновременном токе 1,8/н (круго-
при nepei орании двух предохранителей
венн л главного тиристорного моста — мгно
при повышении температипч
90 С-мгновенно Р цементов главного тиристорного моста до
В цепях главного тока, возбуждения „
блокировки, которые должны исюХХл«НИЯ ПредусмотРены соответ-
ствий- включать возможность следующих дей-
96
Таблица 3.12. Значения параметров ГЭУпри работе одного ГЭД при ходе в свободной воде на переднем и заднем ходу в зависимости отпо^ия рукоятки ПУ шнлпекия ’ —т~— - — -
Поло- жение Параметры Г! Параметры Г2 Параметры ГЗ
руко- ятки /.А Р, кВт COS /, А Р, кВт СО8<£ I, А Р, кВт СО8<р
ПУ
На переднем ходу
25 920 820 0,81 1000 840 076 950 800 0,8
20 930 650 0,64 1030 670 0,61 950 680 0 66
15 800 510 0,57 900 500 ОД 4 850 510 0,57
10 640 340 0,5 720 320 0,45 650 330 0,48
5 400 170 0,48 420 150 0,39 380 150 0 45
3 300 100 0,33 300 90 0,36 220 90 0,43
На заднем ходу
3 310 90 0,3 320 80 0,32 250 1 90 0,82
5 480 150 0,31 500 140 0,35 410 140 0,34
10 800 320 0,38 810 330 0,4 800 1 310 0,4
15 990 500 0,45 1000 500 0,48 1000 500 0,48
20 950 650 0,64 1050 670 0,62 950 670 . 0,66
25 920 820 0,81 1000 840 0,77 950 810 * 0,83
Продолжение табл. 3.1.2.
Поло- Параметры Г4 Параметры Ток тиристор- 1 Ток
жение сети 600 В ного преоб- ГЭД 2, А
рук о- разовате-
я тки /,А Р, кВт COS«p U, В /, Гц КНИ, % пя» А
ПУ
На переднем ходу
25 950 830 0,85 600 50,0 23,5 220 1800
20 950 700 0,72 600 50,0 28,0 220 1800
15 770 530 0,67 610 50,2 21,5 230 1500
10 600 350 0,63 610 50,3 27,0 220 1250
5 380 180 0,63 600 50,5 21Л 220 630
3 220 110 0,66 600 50,5 22,0 215 410
На заднем ходу
3 250 100 0,6 600 50,5 22,0 220 470
5 390 150 0,55 600 50,5 26,8 200 790
10 690 340 0,53 600 50,3 29 Л 210 1490
15 830 600 0,58 600 50,2 23,0 210 1800
20 950 690 0,70 600 50,0 20,5 225 1800
25 990 840 0,83 600 50,0 24,0 220 1800
- включений с нарушением установленной последовательности;
- переключений под током переключающих разъединителей главной цепи;
— пуска ГЭД при включенных валоповоротных устройствах;
- управления ГЭД более чем с одйого поста управления одновременнп.
„ .тяинЙ ГЭУ. Результаты замеров в перИой
„ о Л результаты испытан яедоКола при различном числе Пж
3.1.5 Некоторые р У(ГЭО 1 режНМе приведены н табл. 3.1 Л ПР
к ших генераторов и ГЭД , j 'х ’ВА^лиРзерезультатов «окалывает, что 3’aJu£
SSS3S "Р» равных режимах с „игок„й
ная мощность контуров чамеРов коэффициентов мощности ws 0
’"Хл. 3.1.2 "Р"««'““ S!SS дацррабм»»»"' " ,и',“',пе’|ь ге„ератор<£
ГЭУКГ^“‘““щаакых генераторов при изменении
1 Точность регулирования кРэффИциента мощности от 0,33 до 0,85 составляет
нагрузки по току от 13 До 86 козфф
± 0,17%. й ^низводилась оценка качества электроэнергии на сторо-
В процессе испытаний произ- вателя переменным током 600 В, 50 Гц
не питания главного тиристорного напряжением, а также замерялись значе-
н на стороне питания ГЭДI выпр' (КНИ) На шинах 600 В, 50 Гц и 400 В,
ния коэффициента нелинейных искажени
50 жги от оежимов работы ЕЭС н ГЭУ значение КНИ на шинах 600 В,
В зависимости от режи. значительно превышает допустимую
50 Гц измснял°"\® "Р^Др™нсгром СССР для судовых установок, - 10%. Ъднако
норму, рекоменд>ему исХний не было обнаружено вредного влияния иска-
В, 50 Ги на работу потребителей, питающихся непосредадь
достигает 18%. Нелинейные искажения вызываются
работой тиристорных возбудителей, мощность которых в различных режимах ЕЭС
S ГЭУ изменялось от 1,75 до 9,8 кВт, что составляет 1,5-8% мощности, потребляе-
мой еудовыми потребителями собственных нужд. КНИ при этом изменялся в преде-
лах от 10 до 18%, что также превышает нормы, рекомендуемые Регистром СССР, но
нарушений режимов работы потребителей собственных нужд не наблюдалось.
Коэффициент пульсаций, определяемый как выраженное в процентах отношение
действующего значения всех гармонических составляющих выпрямленного напря-
жения к постоянной составляющей этого напряжения, на выходе тиристорного
моста в режиме работы четырех генераторов на два ГЭД (при токе ГЭД1 около
83% номинального) составляет 17%. Амплитуда эквивалентной синусоиды перемен-
ной составляющей напряжения составляет ИЗ В. С уменьшением выпрямленного
напряжения коэффициент пульсаций возрастает, а введение в цепь якоря ГЭД сгла-
живающего дросселя (индуктивностью £Др=0,2 мГн) снижает величину пульса-
ций примерно в 2,5 раза (в режиме полного переднего хода амплитуда эквивалент-
ной синусоиды переменной составляющей равна 45 В или около 7% действующего
номинального напряжения). Пульсации выпрямленного напряжения на зажимах ГЭД
в режимах, близких к номинальному, не превышают 8%.
В наиболее загруженном из режимов в период испытаний при постоянной сос-
тавляющей выпрямленного тока, равной 2100 А, амплитуда эквивалентной синусои-
ды переменной составляющей равна 490 А, т. е. максимальные мгновенные значения
тока составляют 2590 А, что всего лишь на 40 А больше номинального тока. Ка-
чество коммутации ГЭД в этом режиме удовлетворительное.
супие П^сиТАСпЫТаНИЙ Пуски ГЭД проводились при практически неподвижном
топов а на свпбппи^и П°₽е ледокола выполнялись при работе трех дизель-генера-
раторов. В°Де ПрИ раб°те одного, двух, трех и четырех дизель-гене-
перекладке wTX^ZXkhTo хТ' "Р°ЦеСС ПуСКа ПрИ *“Я’Я!
1-2 с) протекает примерно одинаково °’б “ НормальНой перекладке (в течение
лежат в пределах 1,4-1 5 homZXI Р°СКИ Т°Ка якорей ГЭД в ЭТИХ реЖИМЖХ
При замедленной перекладке ппХ’ЛРеМЯ разГ0На не превышает 4 с.
пусковой ток не превышает Управления (время перекладки более 3 с)
находятся два или один генепатлп ЬН°Г° знаЧения- в тех случаях, когда в работе
Провал капрад.Хад™ ^°Р’ТЛ'00 |1ус*а замедляется до 6-12 с.
трех, двух и одного гнератооа ппДи пусках даУх ГЭД при работе четырех,
ного напряжения. Провал частото ю ” едответственно 11, 13, 16 и 18% номиналь-
"Умовых режимах не превышает 7%.
98
В период испытаний проводились ревепсы двух ГЭП м>
разгона ледокола до практически установившейся скорости движенийХи^м
количестве работающих дизель-генераторов и различном времени перекладки ПУ
В швартовном режиме был произведен реверс двух ГЭД при работе тре*>Гдизель-ген^
раторов и упоре ледокола. и дизель-гене-
Анализ результатов испытаний показывает, что время реверса винта при ходе
ледокола в свободной воде с полной .скоростью и при быстрой перекладке ПУ в
большинстве режимов ЕЭС не превышает 6 с. В швартовном режиме время реверса
несколько меньше - 4,8 с. Кратковременные всплески тока главной цепи при ре-
куперации энергии в сеть не превышают 1,76 номинального значения. При тамед-
ленной перекладке ПУ процесс реверса практически такой же, как и при быстрой
перекладке ПУ. Время реверса увеличивается на время перекладки ПУ в нулевое
положение.
Отрицательное напряжение на зажимах тиристорного моста при рекуперации
во время реверса достигает 180 В, что составляет 28% номинального Максиматтьная
зафиксированная мощность рекуперации 800 кВт; мощность, потребляемая от
шин ЕЭС на собственные нужды, 200 кВт. Диапазон колебаний частоты ЕЭС при ре-
версе не превышает 7%. Напряжение в начальный период реверса возрастает на 1-
1,5%, в период рекуперации энергии напряжение уменьшается на 10-15%
§ 3.2. ГЭУ ЛИНЕЙНЫХ ЛЕДОКОЛОВ ТИПА „ЕРМАК"
3.2.1. Общие сведения. Линейный ледокол „Ермак” построен в Амил индии
в 1974 г. Позднее вступили в строй ледоколы такого же типа „Адмирал Макаров”
и „Красин” [18].
Основные данные судна:
Длина наибольшая, м ................................... 135
Ширина наибольшая, м ................................. 25,6
Осадка наибольшая, м................................... 11
Водоизмещение, т ..................................... 20 240
Установленная мощность дизель-генераторов, л. с. (кВт) 41400 (30470)
Скорость в свободной воде, уз ....................... 19,5
Гребная установка дизель-злектрическая, на постоянном токе, с тремя кормо-
выми винтами н распределением мощности между ними в отношении 1:1:1.
В состав установки входит следующее основное оборудование:
- девять главных дизель-генераторов, каждый из которых состоит из дизеля
типа Z40/48 длительной мощностью 4600 л. с. (3385 кВт) при частоте вращения
380’ об/мин и генератора постоянного тока мощностью 3080 кВт, напряжением
800 В;
- три сдвоенных ГЭД постоянного тока, каждый мощностью 2x4410 кВт, на-
пряжением 1200 В при частоте вращения 105/180 об/мин;
- шесть реверсивных статических тиристорных возбудителей главных генера-
торов, из них три основных и три резервных;
- шесть нереверсивных статических тиристорных возбудителей ГЭД, из них
три основных и три резервных;
- три щита электродвижения;
— пять ПУ, из которых один, главный, расположен в ЦПУ, три — в ходовой
рубке и один - в кормовой рубке.
3.2.2. Схема главного тока. Главные электрические машины соединены в три
одноконтурные схемы, состоящие каждая из трех главных генераторов и одного
двухъякорного ГЭД, соединенных попеременно-последовательно (рис. 3.2.1).
Набор схемы осуществляется при отсутствии напряжения переключающими
разъединителями генераторов ПР1-ПР9’, генераторными выключателями ГВ1-ГВ9
генераторы включаются в схему как при отсутствии напряжения, так и под напряже-
нием. Имеется блокировка, которая позволяет включать их в том случае, если
разъединителем генератор подключен к выключателю. При необходимости гене-
99
. ,.,KU ГЭУ ледоколов num „Ермак
Рис 3.2.1. Схема главною юки t
P.WPW могут подключазься ра зьсдини гелями к ра-зличпым I ЭД. 1 снерапфы,
входящие обычно в контур среднего ГЭД. могут подключаться также к любому
из двух контуров бортовых ГЭД. а инераторы контуров бортовых 1 )Д только
к контуру среднего ГЭД.
Контроль параметрон производится с помощью вольтметров, амперметров
и тахометров дизель генераторов и ГЭД. Для измерительных при! оров и рцпг защи
ты пр< д\ мотрсны собственные шунты Защитные устройства главных генераторов
г коротких замыканий и перенапряжения смонтированы на шинах главного тока:
в пучае неисправностей in -защиты отключают соогнекпнующий генераторный
выключат ib Кроме того, предусмотрена < хсма измерения мощности < помощью
датчиков Холла
J.2.3. Схема побуждении н управлении. Упрощсиная припциниалыши схема
возбуждения лектричс. кич машин одного ГЭД нрипедсна на рис 1 2 2; схемы
побуждения в< ex ГЭД идентичны.
Обмотки возбуждения генераторов ОНП, ОНГ<1, ОНГ/ получают питание от ре
•гр явных гирю юрныч возбудителей ///, каждый из которых снегомi из двух мог
тон ни 1М"ьт|Ньп В1ТрсЧ1|о-11араш1гл|*но. Па каждые три генератора, питающие один
' мотрвны два реверсивных |1пзбудитсин. основной и резервный имеющие
нм л шф .рматоры пипшии. Но вторичной обмоткт ipam форма гора щи
1уем<гтрен1.| контакторы шиЬжц.нии дли иключепия и от ключе пин цепей шгзбуж
. ИИ 1 '* шрот ащигг шри.зорных moi iов возбуждения огущг< потнется арго
чи I 31,ilK И П **1,1 * ' ПРИ О1КЯЮ,|< ,,ии которых р»1мыкцгг<н цепь возбуж
/ 1 ' J J к
ма и и , , ,/ ' F ' ,жа< 10 г '" рагори защищает! я огдепыпам реле мяк< и
|Я ' пимо-шж рг,и(1оро,1 п’н’н„ТТИ ,М,,,КЯСТ " ’’‘ Рагорши е выключате
'шальным п р. ключа гелем |р^я (Г‘н>М<И<’К "° "’У*»*’"”» ’ пкраторон можно"»'
м -р.е. и ) | у.) УП* ними изменять нагрузку гспсрапзроо (»РИ
я Ий/П”' шричорпыл BoiGyHHuneJ V/ 11 осуществляется от пере
цит основной и ре |( рйц111Й u каждый ГЭД прецуемо1репы два воз^У
За/дита о/ перснйпряженин < г
тир» торных МО, ,он (на стороне „Г" 'бУ*«‘'»»« генсратгьрон, Г )Д и защита
р-зит орами марок /Кедит” в п ° токи) осуществляю гея специальными
Ов.™« пришш,,™,,,.,,;,'1;'
ри. 3 2.1; >..мыР'1уг|И[|(„^|1и....... 1!?Г!,улиР<'на,,мя одного ГЭД при»сЛГ*и "а
х 1 ЭД Идентичны.
100
J: №П^,тл
Рсгулировлнм час го гы ирищенин ГЭД осуществляется изменением напряжения
генераторов, репере ГЭД изменением полярности напряжения > иератор >в, т. «
измененном направления чока в главной лепи.
Изменение (регулирование) гока возбуждения генераторов осуще. iпляпся
следующим образом. Действительное значение тока возбуждения измеряется траио
форматором гока /77 на стороне переменного тока и выпрямляется преобразовате
лом переменного зона 17а. Вследствие этого полярность и «меренного тока все г да
будет одна и та же независимо оз направления тока в обмотке возбужденна зтн<-
рагора Ток задаваемой силы поступает из регулируемой цепи на знакоинвертор
/ Ь. Поскольку нолярноегь тока побуждения генераторов определяется выбран
ным направлением движения судна, то знакоинвертор задает необходимую поляр
йоги» сигнала в зависимости от положения транзисторного переключат. >я Ur,
который в свою очередь управляется логической схемой реверсирования / > 1адан-
.ный сипгал усиливается регулирующим у< илитслсм 4d и поступает на опин из двух
4 формирователей управляющих импульсов 16а и 16b. В зависимости от полярности
сигнала включается тиристорный возбудитель для хода „вперед" или „назад'*
101
102
на -ДУ.«обр„о„.
охтш» «ачение чоюi ХеожисчX "«" чаСТт. враистия
лсм действительного значения 23 Зятем пл У °М глав,,"й цени и Преобразовате-
ле оно может корре^Хя V»Z“ м ('уТ'Ие,'“Я ” усилитель
Задаваемое значение тока перед по гуплением на регулирующий усилитель
4 с сравнивается с ограничивающими сигналами схемы миннмадмого избирателя
избип^тХИйМаЛЬНЫХ Из6иРателей 1а> 1с и Уснлитсля-знакоиивертора 12а Цепь
и ) рателей включена таким образом, что в качестве заданного тока главной цепи
пропускается положительный ^наибольший по абсолютной величине из следующих
сигналовz
ограничения максимального тока при обратной мощности,
- задания нулевого значения тока до размыкания контактора возбуждения;
— задания нулевого значения тока в начале реверсирования;
— выходного напряжения цепи защиты перегрузки дизеля;
— выходного напряжения функциональной цепи 3, которое образуется в виде
функции абсолютного значения напряжения главной цепи;
- выходного напряжения избирателя 6Ь.
Регулирование мощности и частоты вращения ГЭД производится следующим
образом. Переключателем 24 выбирается режим регулирования и в зависимости
от этого транзисторным выключателем 13а или 13b в схему подключается регу-
лятор 4а или- 4Ь. Мощность задается вращающимся трансформатором ВТр и из-
мерительным преобразователем угла 1. Для сглаживания сигналов задаваемой
мощности используется интегратор Zb. Действительное значение мощности получает-
ся перемножением действительных значений напряжения и тока главной цепи На-
пряжение каждого генератора измеряется преобразователем 1 \, после го изби-
рателями 6Ь и 7Ь выбирается наибольшая абсолютная величина которая подается
на усилитель 8Ь с учетом положения выключателя 2с частоты вращения главных
дизелей и прибора СУМ. После датчика отрицательной величины 10а действительное
значение напряжения поступает на блок умножения 9 и функциональную цепь 3.
Действительное значение тока главной цепи 1а дейст поступает на блок 9 от преобра-
зователя 23 через прибор СУМ. Множитель образует действительное значение мощ-
ности, которое сравнивается с заданным.
Частота вращения ГЭД задается тем же вращающимся трансформатором ВТр,
что и мощность, через регулятор 4 а , и схема регулирования действует аналогично
рассмотренной выше, только на регулятор 4 а подается действительное значение
частоты вращения ГЭД, измеряемое с помощью тахогенератора двигателя постоян-
ного тока ТГД и согласующего сопротивления СС5.
Регулирование тока возбуждения ГЭД осуществляется следующим образом.
Действительное значение тока возбуждения измеряется трансформатором тока
ТТ1, преобразуется измерительным преобразователем переменного тока 17 b и по-
ступает на регулирующий усилитель тока возбуждения 4е Задаваемое значение тока
возбуждения поступает через избиратель минимального значения 6d на этот же
регулирующий усилитель из источника заданного значения основного магнитного
потока 21 или из функциональной цепи усиления потока 4f в зависимости от того,
какой из сигналов больше по абсолютной величине. Заданное значение магнитного
потока ГЭД может изменяться в зависимости от числа включенных главных гене-
раторов и от установленной в данный момент ступени (величины) частоты вращения
дизелей.
Величина сигнала из функциональной цепи усиления потока 4f зависит от тока
главной цепи: если он превын1ает установленный предел, поток возбуждения ГЭД
увеличивается. Сигнал по току главной цепи поступает через блок 10 b и сравнивает-
ся с сигналом предельного значения напряжения, соответствующего началу усиле-
ния магнитного потока, nocrj дающим с сопротивления СУ6. Если сигнал действи-
тельного значения тока больше напряжения магнитного потока, напряжение уси-
лителя 4f понижается, и когда оно становится меньше заданного значения основнего
потока, сигнал проходит через избиратель 6d на регулирующий усилитель теки
возбуждения 4е.
„ может производиться и через избиратель Максиму
Изменение возбуждения может ограНИЧИВаЮ1циХ сигнала. Один из НИх
ного значенияна который повозбуждение ГЭД, если частота вр^
поступающий с УСИЛИТ^Я/повышенной. Друк* ограничивает возбуждение ГЭД
ния дизелей оказываете ^щаемого значения . с.
при реверсах через интегратор зад функциональной цепи усиления потока ГЭП
При плавании в тропического режима ДГ. Таким образом ограни-
могут изменяться выклю^ст возбуждения ГЭД при повышенных темпера-
чивается максимальное значен препятсгвует перегревам обмотки возбуждения
турах воздуха и забортной вод ,
и всей электрической машин _ гэу предуСМОТрены различные виды За-
3.2.4. Зашита и блокировав-
ШИГЫ- защитные реле, которые воздействуют на отключение гене-
Генераторы имеют зашиты
₽^ОР_Н^пеЬ^а^им^ого тока мгновенного действия, срабатывающее при токе
3/н;_реле максимального напряжения мгновенного действия, срабатывающее
тока возбуждения, срабатывающее при токе 1,2 ,
Z J^e защиты от разгона, срабатывающее при частоте вращения дизеля
515 06 защиты от обратного вращения дизеля, срабатывающее с выдержкой
времени 0,5 с при частоте вращения 150 об/мин;
— реле защиты от обратного вращения дизеля мгновенного действия, срабаты-
вающее при частоте вращения 100 об/мин.
Защита генераторов от перегрузки происходит следующим образом. Функцио-
нальная цепь получает сигналы о частоте вращения дизелей от тахогенераторов
главных генераторов ТГГ2, ТГГЗ, ТГГ7 (см. рис. 3.2.3). Наименьший по абсолют-
ной величине сигнал, соответствующий перегрузке, выбирается избира/елем мак-
симального значения 7е. Затем полярность сигнала изменяется усилителем 12с и
сравнивается в блоке 20b с поступающим с усилителя 20с значением допустимой
частоты вращения. Когда частота вращения станет ниже допустимой, напряжение
усилителя 20b начнет повышаться, вследствие чего через избиратель 7с начнется
ограничение тока возбуждения генераторов.
Защита от превышения частоты вращения дизелей в режимах рекуперации энер-
гии осуществляется следующим образом. С тахогенераторов дизелей сигналы посту-
пают на избиратель минимального значения 6 с, где происходит выбор наибольшего
по абсолютной величине отрицательного значения, соответствующего наибольшей
частоте дизеля. Эго значение сравнивается с напряжением, поступающим с сопро-
тивления СУЗ, которое допускает превышение номинальной частоты вращения
дизеля на 20%. Если частота вращения превышает предельно допустимое значение,
напряжение усилителя 20а начинает возрастать и через избиратель максимального
значения /а проходит сигнал на ограничение возбуждения ГЭД.
WAnruu МИ ЛСе радиональн°го использования возникающей при реверсировании
топможета.Уг’этЦИИ И уск°Рения процесса реверсирования (уменьшения времени
на 28% Эю Допускается превышение номинальной частоты вращения дизелей
рекупеоапии -У1Дествляется таким образом, что логическое устройство мощности
гаи ммыкает три,зисто™й°пеВ₽еМЯ ° моме,гга возникновения рекуперации эн Г
CXJ совместно под„т иа ” результате сопротивления С
пускает увеличение чагтп-п..усилитсль 20а ограничивающее напряжение, которое до-
случае дальнейшего повышений™ ДИЗеЛеЙ на 28% выше номинальной. Только»
тока возбуждения ГЭД частоты вращения вступает в действие ограничение
чение контакторов возб^^над-11™4® устройства» которые воздействуют на отклю-
°Го Тока мп,овенного действия, срабатывающее при т°ке
времени 2 мин; "ОГо тока’ срабатывающее при токе 1,8/ с вЫДвР*к°Й
* * н
104
"Ж*- при токе 1.«„ с вдержкой
- реле максимальною тока обмотки возбуждения’
- реле минимального тока обмотки возбуждения- ’
реле и центробежный выключатель защиты ГЭД от разгона
Срабатывание перечисленных защит вызывает изменение задающих сигналов
1’егУЛятоРов тока, в результате чего по прошествии 0,5 1,0 с ток возбуждения
I ЭД и ток главной цепи уменьшаются до нулевого значеии".
ОТ ТОКа 1ере1рузки при рекуперации зкертии* происходит следующим
образом. Управление функциональной цепью осуществляют логическое устройство
мощности рекуперации 22 и блок абсолютной величины тока главной цепи 10b.
Сиптал ограничения перегрузки по току образуется в установочном сопротивлении
СУ и подается через транзисторную переключающую схему 13f ь систему регулиро-
вания тока главной цепи. Логическая схема защиты 15 через цепь задержки 11
и триггер Шмита 5 размыкает выключатель 13f, если ток главной цепи в режиме
рекуперации энергии длительно превышал допустимое значение Сигнал мощности
рекуперации поступает из логического устройства 22, а сигнал тока - из цепи аб-
солютного значения 10b. Если потребуется уменьшить ток главной цепи до нуля,
это осуществляется изменением задаваемого значения гока главной ц*.пи на нуль.
Логическое устройство Мощности рекуперации 22 размыкает транзисторную пере-
ключающую схему 13h, вследствие чего установленный сопротивлением СУЗ ток
с нулевым значением будет проходить в устройство регулирования 4с через изби-
ратели 7с и 7а .
Ограничение тока возбуждения ГЭД в режиме рекуперации энергии обеспечи-
вается также логическим устройством мощности рекуперации 22 В определенные
моменты времени для ограничения мощности рекуперации осуществляется раэ-
возбуждение ГЭД.
Устройством 22 выдается сигнал на замыкание выключателя 13g, в результате
чего установленное сопротивлением СУЗ ограничивающее значение сигнала поступает
на интегратор 2с. Напряжение последнего начинает повышаться к огранивает воз-
буждение ГЭД до определенного уровня на заданное время. Затем выключатель
13g размыкается, напряжение интегратора 2с понижается и ограничение снимается
§ 3.3. ГЭУ ЛЕДОКОЛОВ ТИПА „КАПИТАН СОРОКИН"
3.3.1 Общие сведения. Ледокол „Капитан Сорокин”, построенный в Финлян-
дии в 1978 г., является одним из трех однотипных ледоколов с ограниченной осад-
кой. Как показал опыт эксплуатации ледоколов, они обеспечивают проводку тран-
спортных судов на мелководье в низовьях сибирских рек и совместно с линейными
ледоколами позволяют продлить навигацию на западном участке Северного морско-
го пути, сделав ее практически круглогодичной.
Основные данные судна:
Длина наибольшая, ................................
Ширина наибольшая, м .............................
Осадка по КВЛ, м ... .............................
Установленная мощность дизелей, л. с. (кВт).......
Скорость в свободной воде, уз.....................
Тяга на швартовах при мощности 22 000 л. с., кН...
131,97
26,65
8,5
24 600(16 192)
1934
1775
Гребная установка дизель-электрическая, переменно-постоянного тока, с тремя
гребными винтами и распределением мощности меи$ду ними в отношении 1:1:1.
В состав установки входит следующее основное оборудование:
- шесть главных дизелтггенераторов, каждый из которых состоит из дизеля
типа 9ZL 40/48 фирмы „Вяртсиля” номинальной мощностью 4100 л. с. (3017 кВт}
при частоте вращения 430 об/мин и генератора переменного трехфазного ток*.^“
HSSUL 18/1057 фирмы „Сгрёмберг” мощностью 3040 кВт, напряжением 669 в,
частотой 50 Гц.
rov прппколов типа „Капитан Сорокин .
Рис. 3.3.1. Схема главного тока ГЭУ ледоколов
- три двухъякорных ГЭД постоянного тока типа GTOUL180/1006Д6, каж-
дый мощностью 2x2700 кВт, напряжением 2x800 В при частоте вращения 120 об/мин;
— шесть силовых неуправляемых выпрямительных мостов на кремниевых
диодах мощностью 2870 кВт, Г напряжением питания 660 В, выпрямленным напря-
жением 800 В, выпрямленным током 3630 А;
- двенадцать нереверсивных тиристорных шестиимпульсных мостов для во>
буждения главных генераторов (шесть основных и шесть резервных) мощностью
330 кВ • А, напряжением 380 В, частотой 50 Гц;
- семь разделяющих трехфазных трансформаторов для питания обмоток воз-
буждения главных генераторов (шесть основных и один резервный) мощностью
140 кВ • А, 400/400 В;
- двенадцать реверсивных тиристорных шестиимпульсных мостов, включен-
ных попарно встречнопараллельно, для питания обмоток возбуждения ГЭД (шесть
"евог° геД ледоко-
основных и шесть резерв-
ных), технические характе-
ристики которых аналогич-
ны характеристикам мостов
главных генераторов;
— четыре разделитель-
ных трансформатора ДЛ«
питания обмоток возбуждо-
ния ГЭД (три основных и
один резервный) того же
типа, что и трансформаторы
для возбуждения генерато-
ров.
3.3.2. Схема главного
тока. Главные электричес-
кие машины соединены в
три автономные
турные схемы (рис. 3.3.•
В каждый контур м°^й
быть включены один
два главных генератора,
тающие через соответ
106
ГН1‘ВНЫХ генераторов к ГЭД:
-2 генераторы Г1, Г2,
ющие выпрямительные устпойствя —
тродвигатель. е мосты гребной двухъякорный элек-
Возможны следующие варианты подключения главных
га^ДгГ°ЛУТ Раг™ гсисРат°Ры Г1, Г2, 14, Г5; на ГЭД2
ГЗ, Г4, Г5, Гб, на I ЭДЗ генераторы Г2,13, Г5, Гб
Выпрямительные мосты ВУ1 r'v*
разъединители Pl,. . t Рб. ' ’ югся к генераторам через
Различные варианты набора схемы главного тока осуществляются только
в обесточенном состоянии переключающими разъединителями ПР1, , ПРб кото-
рые имеют ручной привод из аппаратной и дистанционный привод из ЦПУ
Выпрямители подключаются к ГЭД (на стороне постоянного тока) выключате-
лями т, . . . , вб обычно в обесточенном состоянии, однако их разрывная способ-
ность достаточна также для размыкания под напряжением. Кроме того, в цепь каж-
дого 1 ЭД включены быстродействующие выключатели БВ1, .... БВЗ которые
еСЛИ Т0К главной цепи Достигает опасной величины (около 3/ =
—11UUU А) . "
3.3.3. Схема возбуждения и управления. Упрощенная принципиальная схема
возбуждения электрических машин контура левого ГЭД приведена на рис. 3.3.2.
Схемы возбуждения всех ГЭД идентичны.
Обмотки возбуждения каждой электрической машины контура получают
питание от судовой электростанции через разделительные трехфазные трансформа-
торы и возбудители — шестиимпульсные тиристорные мосты. Каждая цепь воз-
буждения имеет два тиристорных моста (основной и резервный), которые подклю-
чаются к трансформатору через свой защитный автомат А1....А6. Выбор основ-
ного или резервного моста осуществляется переключателями П1, .., ПЗ.
Тиристорные мосты для возбуждения главных генераторов (ВГ1, . . , ВГ4)
нереверсивные, для возбуждения ГЭД реверсивные (ВД1, ВД2).
Обмотки возбуждения защищены от перенапряжений подключенными парал-
лельно с ними варисторами с сопротивлением, изменяющимся в функции напряже-
ния.
На вторичной стороне разделительных трансформаторов установлена защита
тиристоров от перенапряжений в виде включенных в цепь резисторов, сопротивление
которых зависит от напряжения. Резисторы защищены от коротких замыканий
плавкими предохранителями.
Управление ГЭУ осуществляется дистанционно из трех мест: ходовой рубки,
кормовой рулевой рубки и ЦПУ. Переключатель мест управления размещен на пуль-
те в ЦПУ. В каждом из этих месг размещены ПУ со встроенными поворотными
трансформаторами (отдельные для каждого контура ГЭУ). В ходовой рубке уста-
новлено по три ПУ на каждый контур, механически связанных друг с другом. Уп-
рощенная принципиальная схема регулирования для одного контура ГЭУ приведе-
на на рис. 3.3.3. Схемы регулирования всех контуров идентичны.
Схема позволяет регулировать возбуждение главных генераторов и ГЭД, ток
главной цепи, мощность ГЭД, а также ограничивать основные параметры ГЭУ.
Реверс ГЭД осуществляется изменением направления тока его возбуждения,
изменение частоты вращения ГЭД — изменением напряжения генераторов.
Мощность ГЭД регулируется'следующим образом. Задание мощности произ-
водится вращающимся трансформатором 14, связанным с рукояткой ПУ, и измери-
тельным преобразователем угла поворота 15. В преобразователе 15 задающий сигнал
преобразуется и поступает на усилитель 16а и далее на интегратор 18а .определяю-
щий скорость нарастания и спадания управляющего сигнала в течение 5 с, что позво-
ляет не ограничивать скорость перекладки рукояток ПУ. После интегратора сигнал
проходит через блок абсолютного значения 17 а (сигналы „ход вперед , „ход назад
преобразуются в сигналы одной полярности) и поступают на регулировочный усили-
тель 22а . _
На второй вход усилителя 22 а подается сигнал, соответствующий действитель-
ному значению мощности контура. Этот сигнал поступает из блока перемножения
23а через усилитель 16b. В блоке 23 а перемножаются сигналы обратных связей
по току главной цепи и по напряжению.
107
I
Рис. 3.3.3. Схема регулирования одного ГЭД ледоколов типа „Капитан Сорокин”.
108
хг, ,б₽с‘ цааю- и • ™»"«- гок.
23Ь . облают оскоТ^Й и О.«123” 23°' В 6"“
ограничения от выключателГТ/^Zj. . " по Г^У Равной цепи. Сигналы
и от выключателя неисправности вентиляции ГЭУ
лес через усилитель 16d на блок 23 b 6 ° 26а и да‘
К нал обратной связи по напряжению контура образуется цепью иэмеоителъ-
ные преобразователи 11 а , Юа 11Ь, 10 b избирав миюХ^но^ з™"Х
±ятппУпйИТГ 16с' В ЦеИЬ КОТ°РО1° включен контакт ограничения мощности г&-
S 23 а ’ 3амЫкающийся ”РИ неисправности вопиляторов ГЭВ. - блок пере-
равновесном состоянии схемы сигналы на входах регулирующего усилителя
а равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. С выхода усили-
еля 22 а управляющий сигнал поступает на избиратель максимально! значения
2-5 а. \ роме того, на блок 25 в подаются слепующие сигналы-
- сигнал ограничения задаваемой мощности ГЭУ в пределах 85 110% от„со-
противления главного механика"50а . Аналогичное сопротивление 30b включено
в цепь усилителя 16 d я канале тока;
— сигнал ограничения от блока 24, поступивший иа него по цепи обратной
связи по напряжению контура;
- сигнал от электронного выключателя 21 с, блокирующего возбуждение
главных генераторов во время реверса ГЭД при наличии обратной мощности по сиг-
налу от логической схемы 20 b.
Избиратель 25 а пропускает наибольший из перечисленных сигналов который
становится задающим и поступает через усилитель 226 в цепи управления возбужде-
нием главных генераторов Г1 и Г2. На второй вход усилителя 22b »ю дается сигнал
обратной связи по току главной цепи от блока 23 b.
Таким образом, обратные связи по току главной цепи напряжемте и мощности
контура воздействуют на возбуждение главных генераторов и обеспечивают регули-
рование тока главной цепи и мощности контура.
Регулирование тока возбуждения главных генераторов происходит следующим
образом. Задающий сигнал с выхода усилителя 226 поступает на цепи управ --них
возбуждением главных генераторов Г1 и Г2. Резисторы 32d и 32 j яв ляются под-
строечными и служат для регулировки равномерности загрузки главных генерато-
ров. Согласующий усилитель 16е {16f) позволяет с помощью перек тючателя 37 а
{376) устанавливать мощность главных генераторов в пределах 70, 80, 90, 100%
номинальной. На вход избирателя максимального значения 256 (25 с) поступает
сигнал от интегратора 18 6 {18 с), определяющий скорость нарастания н спадания
сигнала (тока) в обмотке возбуждения главного генератора в течение 5 с и сигнал
от тахогенератора главного генератора по цепи 5 о (56) — преобразователь 6а
{6Ь) усилитель 22 с {22е) , воздействующий на возбуждение главного генератора
в случае перегрузки дизеля и понижения его частоты вращения.
Выходной сигнал с избирателя 256 (25с) поступает на усилитель 22 d {22f),
на второй вход которого подается сигнал обратной связи по току возбуждения глав-
ного генератора через трансформатор 7 а {7Ь) и преобразователь 8 а (8Ь). При от-
ключении возбуждения генератора или срабатывании быстродействующей защиты
усилитель 22 d {22f) блокируется подачей сигнала на его вход через контакты
реле. Ток возбуждения главных генераторов зависит от угла включения тиристоров
и может изменяться от нуля до номинального значения. Управление мостом 4а
{4Ь) осуществляет система импульсно-фазового управления 1 За {136), получаю-
щая управляющий сигнал от усилителя 22 d {22f), который в конечном итоге одно-
значно определен положением поста управления.
Регулирование тока возбуждения ГЭД осуществляется следующим образом.
Одновременно с подачей сигнала по каналу регулирования тбка возбуждения глав-
ного генератора задающий сигнал подается в цепь регулирования тока возбуждения
ГЭД по цепи: поворотный трансформатор 14 - преобразователь угла 15 блок б-
солютного значения 17d - компаратор 19 f - избиратель максимального значения
25 е - блок логики 20е - электронный выключатель 21 d - интегратор 18 d, обеспе-
чивающий плавное нарастание и спадание тока возбуждения ГЭД.
109
19 a — блок логики 20d сигнал
По цели интегратор 180 ' Тни*’ перекХки поста управления (ход ^"°П’Р;
кость которого зависит от направлен J ый выключатель 21 h, переклюй
или ход „назад”). »о3деЙХспеЧивает через цепи управления тиристорными
его в нужное положение и об боту- соответствующе! о моста, а слсдователЬНп
во?б^дення ГЭД вкл“ЧаС”“збВЛения ГЭД и направление вращения винта.
и заданное направление тока возбужд ^параллельно включенных моего!
ма возбуждения ГЭД с°его^ го хода), систеМа управления ко^ы
4c*4d (один для задняя" ~ возбуждением главных генераторов. Контроль
ми аналогична сИСТ™е и своевременности перехода коммутации с одного
разновременности работы мос о получающий сигнал от электронного
моста на другой производит ил
выключателя 21Ь. лПпрпеляЮШИЙ силу тока возбуждения ГЭД, поступает от
Входной сигнал, опр Д ->5d зНак этого сигнала зависит от положения
избирателя макс^алыюго сигнаЛ0В от интегратора 18 d и избирателя минимально^
переключателя -/^КРО подается сигнал от усилИтеля 22h через электрон-
значения 26с на вход ~ поступает только в переходных режимах (напри-
Z rXTZoM ре-ме ГЭД). на вход блока 26 с поступает сигнал от усилия
которого поданы сигнал от стабилизированного источника
питаяй Ч (величина сигнала соответствует току возбуждения I „.„) через устано-
"™ резисторы 32с (при одном работающем главном генераторе) и 32 h (нрв
двух работающих главных генераторах) и сигнал обратной связи по главному току
ГЭД от блока 23 b. Избиратель 26с пропускает наименьший из этих сигналов, кото-
рый становится задающим и определяет силу тока возбуждения ГЭД. Обратная связь
по току главной цепи обеспечивает форсировку возбуждения при увеличении тока
ГЭД.
Изменение направления вращения ГЭД осуществляется следующим образом.
При перекладке рукоятки поста управления с положения „вперед” на положение
„назад” (или наоборот) изменяется знак сигнала на выходе интегратора 18 а .кото-
рый по цепи компаратор 19а, блок логики 20d, блок логики 20е воздействует
на выключатель 21 d. Напряжение возбуждения ГЭД через интегратор 18 d снижается
до нуля. При напряжении возбуждения ГЭД, равном нулю, измерительный блок 12
подает сигнал на блок логики 20d через компаратор 19 е. Блок 20d переключает
электронный выключатель 21 b в другое положение, подготавливая цепь питания
обмотки возбуждения ГЭД для вращения винта в другом направлении. Затем блок
20d через блок 20е снова включает выключатель 21 d, и напряжение возбуждения
ГЭД начинает плавно увеличиваться (уже в противоположном направлении) через
интегратор 18d. Момент переключения тока с моста на мост контролируется блоком
логики реверса 28 по сигналу от переключателя 21 b
При наличии обратной мощности (данные об обратной мощности образуются
в блоке логики 20 а) по сигналу блока логики 20 с, сообщающему об изменении
возбуждсния ГЭД, и по сигналу от тахогенератора 5с, сообщающе-
выключатепь >/лПкеЖНеГ° налРавления вращения винта, блок логики 20а через
18а Этот же блик иРУет интегратор заданного значения мощности контура
25о 'блокирует -оэбуждеХл ‘ ИЗбИрЭТеЛЬ
рекуперативный ток “замыкаетиХ»1^ <ту₽бинный Рсжим винта при ’’“'Кд
И соединительные кабели Эи«up»иР выпрямительные устройства, якоря ГЭД
Суждения ГЭД и частотой его впан/ рекупсративного тока определяется током во>
На вход усилителя 22h п п еЛВЯ'
ка поступает сигнал об абсппю^Г* сигнал ограничения от блока 34 (на вход бло-
ратиой связи по току ГЭД R °Й Величине частоты вращения ГЭД) и сигнал об-
по сигналу от блока логики 20аеКупсративн°м режиме выключатель 21 с включен
шает сигнал ограничения от блока гл™ СИГНал обратной связи по току ГЭД превЫ*
действует на ток возбуждения ГЭп ’ Т° усилитель 22 h через избиратель 25 d всЭ"
ной цепи. > снижая его и тем самым ограничивая ток в глав
Ограниченный ток главной
вращения ГЭД увеличением ТОТ^ЛТ'’1’*1"’3™ "° мере уменьшения частоты
03 ужАения ГЭД для ускорения торможен
Рис. 3.3.4. Осциллограмма пуска ГЭД.
винта. Это обеспечивается блоком 34, который получает сигнал от тахогенератора
5 с через согласующий блок б с и блок абсолютного значения 17 с, что позволяет
обеспечить работу схемы при реверсах в обоих направлениях. Выключатель 21 с
отключится по сигналу от блока 20 а после уменьшения до нуля обратной мощности.
Сигнал окончания турбинного режима винта (действия обратной мощности) форми-
руется в блоке 20а при совпадении сигналов от компаратора 19а (заданное на-
правление) и компаратора 19 b (действительное направление вращения винта).
При снижении частоты вращения гребного винта ниже установленного настройкой
предела блок логики 20 b по сигналу от тахогенератора 5 с через блок абсолютного
значения 17с и компаратор 19d отключит выключатель 21 с и цепь подачи сигнала
на возбуждение главных генераторов.
При дальнейшем снижении частоты вращения винта по сигналу от тахогенера-
тора 5 с через блок 17 с и компаратор 19 с блок логики 20а отключит вы ключателъ
21 а и интегратор заданного значения мощности 18 а .
При частоте вращения ГЭД, близкой к нулю, блок 34 не может поддерживать
заданный ограниченный ток главной цепи, необходимый для ускорения тор можения
винта, и поддержание требуемой силы тока в контуре осуществляется через блок
22b по цепи обратной связи по току ГЭД воздействием на его поток возбуждения.
После реверса гребного винта положительная мощность контура возрастает
со скоростью, определяемой интегратором заданного значения мощности контура
18а.
3.3.4. Защита н блокировки. Генераторы имеют следующие защитные устрой-
ства, которые воздействуют на отключение быстродействующих выключателей:
- реле максимального тока главной цепи мгновенного действия, срабатываю-
щее при 3/н;
реле максимального напряжения мгновенного действия, срабатывающее
при 1,25 (/н;
реле максимального тока обмотки возбуждения, срабатывающее при 1,2/в>н.
ГЭД имеют следующие защитные устройства, которые воздействуют на отклю-
чение контакторов возбуждения:
- реле максимального тока главной цепи мгновенного действия, срабатываю-
щее при 3/н;
- реле максимального тока обмотки возбуждения;
реле минимального тока обмотки возбуждения;
реле и центробежный вцключатель защиты ГЭД от разгона.
Срабатывание перечисленных защитных устройств вызывает изменение сигна-
лов регуляторов тока, в результате чего по прошествии 0,5—1,0 с ток возбужде-
ния ГЭД и ток главной цепи уменьшаются до нулевого значения.
В цепях главного тока, возбуждения и управления предусмотрены соответст-
вующие блокировки, которые должны исключать возможность следующих дейст-
вий:
- включений с нарушением установленной последовательности;
- переключений под током переключающих разъединителей главной цепя;
111
11
............ I" "I'lHHHo wuny/mi.im ,
(|><УМО1 II • III. |Пу И.Д. llllp ) I ,,M *’ 'WIIHIMy ширпЛи IМ11Ю
„V. I ...... ............ .... ........
, ’.r°".............- ....................... „„
i h hniiiyp. и >i.ii|iii>iH гудим
noipiiMM.1 ny.hii прммою I HI (t|l„ <1(|yB (....
|>! Il 1
lly.l. I 1Ц n< у III, < Htiii II Ih p> h iiN;tpilp pyhiHKKH 11У
4>> llkl. ,HII< pi Jl" --------- •
Ill'll'. Ill 'lllll.il I
MUIIIII.il III г
и >n imhi.iii.im inipiiMi (рам
.. . Ml иул.н.но u ". - НИНО
' **'* * 1 МИН*"| и» |>m< J 4 4, .in y< мм |i> । улирипания
"<<|.мп П..1, ||,ый pu>i,.ii I >Д Пг, в.р.||(у|пи HMM.iuiMi.patnp.H, ц„
II Mi.M.liiy Oil ук lliytill IMP*, 11м<>ну< 1ИМ1И olklKHt nUM но кп.у |Ч)Д
Ommu.i ..n.nm..ni д к у | >y „|>и 1|у(И1 । hi „к уд....я, и<м.ы.уш.
нгоПчицнмо ..IM. uni.. III.I И I."irini. 5 wimmhhimm Ц.рам<||Юк I >У нои ну. не (ill
tn» hi nohi it пн у xiuniipill, iiu к.и|гПй1Г1|ы1ый xapai i p
pn< I * I'pi'H. iniHiciiM и. uiiHimi рамма p. . pi» црм>.1.| ,i | >Д при n«p«uпадка
pyhimihii 11V X in iKiiitiArniiu ,,цашд" До in ii>iii<>«. >imn .i’ll’ i” i при работе
i уцнй no нкдич rt iia pin l I ft о* iiniiiioi рамма рг|ир « npa«i io I )Д при игрек над
h py hllll 1 К II 11У III . In nnitlHhrilllll ,.ИН'ргд" м ‘4 » 1‘ и< И* 1ЖД при ходе
I у mm II I поПпцноМ поцс I U I luip.i. u.ui l Ч у a
Annuiii репер, iitnii.ix xapaiiirpin ни I IV пока пана ,, ч>., ц|нми и Xapaxirp
in piH.tni'iniii н.п о и iMriK'iina no upcMt'ini inha пиорей Г)Ци мощи гм кгмг( at upon
nt Ortiii.iiuix До tivnrui.i\ uia'iriinn iipahtiPinkH нс иаи«мт >»i м| >м m лмрактдки
IIV Иргмн и iMriK'iiim пак Miinpioi in, ihh ii kikm I >Д< о 1ампке ' o»n i 4,7 i?
Чартиер ii<'pvniu‘iam.mii4i itimchciiiim мошницей ivuepaiapo» от '’«immioi,.
но ну пешни uirt'ii iiiiH nrit.Mii (Нинок к ниш Пиому. «по ампя^т а и - t >мн<мм>м .мп
гемм pei у пирон пн ни I )У , по. коньку при пом об net мае и а р< «им p*(k.i>u Пгриичным
Ц1.111 я гонги
Ст к мой регу inipoiiitiiiiH Hoi iinny io oipuiiw'icniu п>ка икореи I |Д npMpenepir
нд . noCioipiort под.- (.M pm I 4 (И до ?(>(H iioMHuaiiMHH O (9460 А) Время дгИпэия
мак. ммялм1К|\ lotion не (Wfcc 0.6 о. i е н\ Jic'Wi tnHr аг.ьма ираткопр*мгн1Ю
( ТГПСН1. н. крепни (кили коммукшни) Г>ЦирИ ним не пыш. 1.S
y'lu ny .’l uiKHir oiMi'liiih сщс оцио киче, tпо репер.нпных марант ('к. *ик чаьтога
иртцгипи ди lent, ivuep.li upon п iv’ieniic iuci\» проце.са рвмгр.а I Hl пракпгпчкм
lien iMi'iiiiii, i ik кик tier pouy iu рации mepntH or ин гемм ipeOHo* микт I >Д к
цпlent. miepuioptiM. которые paPoiaioi и Лиякщрнмгиыч у, юанях Время peaepi*
Г >Ц при рдОпге . \ цпл по нкцах окопе ' Ирн ходе р < побо уной жу к окчю 8 .
_ Глани 4
ХАРАКТЕРИСТИКИ COBPFMEHN^
И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГЭУ ИНОСТРАННЫХ СУдо*
§ 4 1. ОСОБЕННОСТИ ГЭУ ИНОСТРАННЫХ СУДОВ
..г,»* г ЗУ иностранных судов отличаются большим
Современные « переменного тока и ет^и-
разнообразием сХСМНЬ’Х(.Р‘^окоо6орогных 1тнераторных агрегатов, использова-
ческих преобразователей, в рРвяения, контроля и диагностики новейших
нием в системах Регулир°_ ’ иРмикр0-ЭВМ (микропроцессоров).
СРШПпимодао™И™ соизмеримых с мощностью судовых потребителей и при-
водов т"Х™Хских комплексов, широко внедряются единые электроэнсргети.
ч«к“ "™, в которых липшие ГЭД, потребителей судовой сети и мощных
электроприводов различного назначения осуществляется от единой электростанции
переменного тока.
В тех случаях, когда для движения необходимы большие мощности, применяют-
ся автономные ГЭУ постоянного, переменного и двойного рода тока. Параметры
электроэнергии в таких системах, как правило, выбираются более высокими, чем
для судовой сети. В основном используется высокое напряжение (3 14 кВ), иногда
применяется повышенная частота (до 100 Гц). В ряде случаев, особенно в ГЭУ
буровых судов, используется оборудование общепромышленного исполнения.
Рост мощности энергоустановок перспективных судов приводит к необходи-
мости применения энергоемки/ источников электроэнергии и, в частности, газотур-
богенераторов переменного тока высокого напряжения большой единичной мощ-
ности, а также предельных по использованию ГЭД постоянного и переменного тока
различного типа, конструктивного исполнения и способа охлаждения.
Ниже рассматриваются перечисленные направления в проектировании совре-
менных ГЭУ зарубежных электроходов.
§ 4.2. АВТОНОМНЫЕ ГЭУ ПОСТОЯННОГО ТОКА
в табл. 4.2.1, из которой ви^ННЫе dBTOHOMHbIX Г^У постоянного тока приведены
буровых, исследовательских и лопм установки применены в ряде ледоколов,
маневренных качеств. нманских судов для обеспечения их высоких
некие сР<даеоборот1ад^дизе^тенемто"лК°иОВ Финской постройки является приме-
нять дизель-генераторов мощностью^*3 4 МВт* П™* ™Па ”ЕрМаК” УстановленО
которых идентичны корпусам ледоколов тип! *1? Ледоколы JTOro гииа> корпуса
ми дизель-элсктрическими ледоколами й ИПЗ в ОСКВа «являются самыми мощны
ки эшелонное, обычно принятое на леи МИре‘ Размс1деНие энергетической установ-
ил ледоколах типа „Атлс" („ач
влияния переходных процессов в P iv z С лсдокола »»Урхо”) с целью уменьшения
Двигатели навешены маховики обеги™?”* Пусках ” Реверсах ГЭД) на первичные
вращения дизелыгенераторов в °’ ВаЮЩИе УМе«ьшение колебаний частоты
применены также и на английском cvn?3’ рРаднеобоР°тныс дизель-генераторы
ХбЖиНИЯ аитаРКТИПеских станций и ип ”ЬР»Унсфилд”, предназначенном для
ногти „ _суднс игпользован ВРШ, толшим-»Веден,1Я исследований в полярных усло-
ГЭУ яйпв°™ В ледовых условиях увелииГ°ПаСТе-? котоРого для повышения надеж-
ГЭУ является возможность рабХ Гэп35%’ Уличительной особенностью
переменного тока через выпрямХль^ ”РИ СНИЖенн°Й мощности от судовой сети
114
115
„V суда* начала 70*Х ,ОД°“ П°‘-энного
„йских исследовательских Ум|П1ИмаяЫюго уровня шума и вибрации>
На английски обеспечен д1пел1,.генераторы павешивад^
тока выбиралась и потребителей^на рцторЫ успшавн1,вались в звукощ»,^.
Для HH^HfeoeMeriHoro тока. ВсеД|- ||ОДвесНых рамах, связанных с корпусом
генераторы пере. амортизаторах ция гакИЧ судов (околл 10 лет) Покаад.
шлющих кожуха длительная эксШiy ТОров превышает 30 тыс. ч.
пневмоустройст оборогных Д‘‘^ иМСНЯются высокооборотные дизели
Меньшей мощности ^^Дтсчастотой вращения 1000 1200 об/мин
„ Пр” Хты мощностью 1000- 6О< буРовых установок (ПБУ)
. а также
Такие агрегз буровых судов, - У больШОГО водоизмещения.
“•XX « • ^‘«ных ГЭУ
применяются
- ТХ»”«""“«« -не» » паровые турбины.
‘Энергоемкие первичные ла,’^турбоэлектрической установке ледокола „Мак
В комбинированной Д”зеЛЬ^ ^^турбогенератора мощностью по 3000 кВт
п^п Ропжерс” Два двухъякорных ia - к д дизель-генераторов одинако-
исиользуются в качестве работают только дизель-генераторы. В схеме
При плавании в свободной вод у канадской практики Параллельное
включение нх на ГЭД И отключение 6и
соединение генераторов, °°^пеЧ”“ непаторов и ГЭД статические.
перерыва «работе ГЭУ. Воэбудкг«1 иРюлиованы паровые турбины мощностью
в ГЭУ ледокола „Луис лаур во вращенИе через понижающий редуктор
„о 7000 кВт, каждая и.которых f> mpaJuienbHoe сосдимение генераторов,
ТОЙ генератора. В схеме так В включение любого генератора па любой ГЭД.
обеспечивающее достаточно прост кольноГО супертанкера предусматривает
Один из ваРиантОХХх элСктРических машин. Проработки униполярных
использование униполярных зле Р возможность снять ограничения
машин с жидкометаллическим обьгчным коллекторным электрическим
ПО мощности и частоте вращен ,р Унипо ных МЛШин, выполненные в‘данном
машинам постоянного тока. Рас У fi„nMTHbIe показатели. Генератор мощностью
щеекте, позволили оценил, их “«“ХТГтоке 18 W кА имеет массу 5,84 т,
15 МВт при частоте вращения 5 ‘ гэд мощностъю 45 МВт при частоте
воашения^150 X^erX“Uh в одиоякорком исполнении длиной 2,94 м
<СТэ^сТип^нь.миВм=“миЛогична обычным ГЭУ постоянного тока
с регулируемым
Рис. 4.2.1. Предельные значения
мощности коллекторных ма-
шин постоянного гока обычно-
го исполнения (кривая 1) и
типа СЕГМАГ с водяным ох-
лаждением (кривая 2).
116
напряжением. Несколько турбогенераторов питает один ГЭД
„то noLXT'"" ^^Рагоров постоянна,
отбоп и Ъ ПРИ «“’бходимостн осуществить
£«JrB0CTB ОТ "авещенных генераторов,
жил nt • 5 ИИ,,ОЛЯРИЫХ генераторов могут слу-
туобимк. 1COKOo6oPOTHb,e паровые и газовые
>Р д, СгЧастотой вращения до 5000 об/мин.
вппиаЛЛИЗ КонстРУ«Ции униполярных машин
пповопя Г° ИСПОЛНСН11Я» в гом числе и со сверх*
щими обмотками, проведенный фирмой
косг|ИШаУЭ показал, что эпергоем-
мож * '^,ектРи’1еских машин постоянного тока
пол»™п.,ПЪ СуЩественно повышена за счет ис-
Дсния м™ 'Тированного водяного охлаж-
матшшь, th,J СТтм ГгН“Я ФИРМ°" кон?,РукЦ"Я
стагоо И МАГ с водяным охлаждением
съема и И. ЯКОРЯ’ специальным узлом токо-
нитмч Рациональной геометрией электромаг-
Чит, Цепей позволяет в пять - семь раз увелн-
ми кп»1ОДость машины по сравнению с обычны-
(рис 4Ле^’гоРВмми ма*иинами постоянного тока
Bpaiiieui « Ь» такой конструкции на частоту
Рабочем »• 68 об/мин ПРИ мощности 30 МДГ и
спряжении 2 кВ имеет диаметр 3,23 М»
длину между подшипниками 2,21 м и массу 53 R - м
быть созданы мощные ГЭУ постоянного ’° U ОСНове таких машин могут
простые, чем при использовании электрических маишн О'ПОСТОЯННОГО тока> более
мотками, так как они не требуют крио, еииого оборудо^ёивд СВе₽ХПроводящими об-
§ 4.3. АВТОНОМНЫЕ ГЭУ ПЕРЕМЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА
Основные технические характеристики ГЭУ иеремеино-постояиного ток, пои
меняемых на современных и проектируемых электроходах, нриведоёыётабл 4 3 Г
Первая установка подобного типа была применена в 196?г к 6 4 31‘
чах типа „Клермонт" (США) . Выбор ее выл обусловь ^,„1 Л2 6>кс“Рах'голка-
рами судна (длина 20 м и ширина 6 м), которое предна,началосьма
ки барж с ракетами а еистаме каналов на р. Миссисипи. В соегм д»ух»ат“ыюй ГЭУ
входит газовая турбина (ГТ), приводящая во вращение со скорое™. 1800 об/мии
два расположенных тандемом синхронных генератора но 334 кВт 445 В 60 Ги два
неуправляемых выпрямителя и два ГЭД по 315 кВт, 600 В 1200 об/мш работаю-
щих через понижающие редукторы с передаточным отношением 5,15. 1 каждый
на свой винт. К П с помощью электромагнитной муфты может подключаться по-
жарный насос с подачей 7500 л/мин.
Мощная дизель-электрическая установка такого типа была впервые применена
на ледоколах США типа „Полар Стар в составе дизель-газотурбинной энергетичес-
кой установки. ГЭУ работает самостоятельно и не предназначай для совместной
работы с форсажными ГТ. При включении ГТ питание ГЭД, встроенного в линию
гребного вала, отключается и его щетки поднимаются для сохранения их моторе-
сурса. Включение Г1 производится в тех случаях, когда потребная для движения
мощность превышает 13,3 МВт. В ГЭУ применены синхронные генераторы с двумя
независимыми статорными обмотками. Габаритные размеры дизель-генераторного
агрегата 8,84x2,44x3,5 м. Шесть силовых неуправляемых выпрямителей рассчитаны
на выходное напряжение 900 В и ток 3,43 кА. Системы возбуждения генераторов
н ГЭД выполнены на статических элементах. Схема ГЭУ предусматривает параллель-
ное включение генераторов и позволяет подключать любой генератор к любому ГЭД.
Управление обеспечивается с помощью ЦВМ.
На арктических ледоколах с ограниченной осадкой типа „Капитан Сорокин”
финской постройки в отличие от традиционного эшелонного расположения все шесть
дизель-генераторов ГЭУ размещены в одном машинном отделении, а три ГЭД -
в одном моторном отделении. Такое расположение оборудования позволило умень-
шить общую длину машинного отделения и существенно сократить длину трубо-
проводов энергетической установки. Возбуждение ГЭД осуществляется от ревер-
сивных тиристорных блоков (основного и резервного), подключаемых на последо-
вательно соединенные обмотки возбуждения обоих якорей ГЭД. Возбудители и сис-
тема управления ГЭУ получают питание от шин судовой электростанции через раз-
вязывающие трансформаторы (по одному трансформатору на каждый возбудитель
генератора и ГЭД и по одному резервному для возбудителей всех генераторов
и ГЭД).
Силовые неуправляемые выпрямители использованы также в американских
проектах ГЭУ ледоколов и судов ледового плавания. Отличительная особенность
ГЭУ этих проектов - использование высоковольтных генераторов и понижающих
трансформаторов. В проекте ГЭУ бурового судна ледокольного типа предусматри-
вается применение генераторов мощностью по 3,3 МВт напряжением , к ,а в
екте супертанкера - генераторов мощностью по 34 МВт напряжением , •
следнем случае (рис. 4.3.1) предполагается использование трехъякорных ГЭД с як
рями предельной мощности по 10 МВт напряжением 1,2 кВ, подключенными к~в“
ковольтным шинам электродвижения через градсформаторно-выпрям СХему
ки мощностью по 10,6 МВт. Трансформаторы обеспечиваютдвенадцатифазную схему
выпрямления. Так как частота вращения турбогенераторов в° Х^ныГ^ёрадорТв
на, предусмотрен отбор мощности на СУД°»“®^*Хния электроприводов актмв-
мощностыо 4000 кВ • А, наПря*^^в4’ а такЖТ(через .трансформатор <160/450 В)
ных рулей и подруливающих устройств, а так <. р и
117
Количество и тип винтов ЗВФШ ЗВФШ 2 ВФШ 2 ВФШ 1 ВФШ (к) 1 ВФШ Ен) 1 ВФШ ЗВФШ 2 ВФШ
* ё н Частота >ашеиия, об/мин 105/130 107/200 105/130 105/175 О 00 275 150 68/100
X в — м К
с & •* _
Гребные «net Количество и мощность, кВп напряжение, Е 3x4500; 900 Зх(2x2700); 800 2x5000; 900 2х(2x3000); 770 2х (2x3200); 750 о СП О Os vn X t- 2x5150; 1x2950; 1200 2х (3x10 000) 1200
oxai о, Частота вращения, об/мин 1200 428 1000 514 006 1500 1000 3600
§ 3 1 1 о © «а
ГЭУ переменно-постояк « © о. «3 Напряж ние, В; ч тота, Г1 о о О SO о о SO <л VO 8S о о О so SO 335; 60 660; 50 4100; 50 7500; 60
Генераторны Количество и мощность кВт; OOS(/> 6x2100; 0,84 6x3050; 0,8 6x2000; 0,8 4x3200; 0,8 4x1950; 0,9 2x500; 0,62 5x3300; 0,8 2x34 000; 0,8
и автономных Тип первич- ного дви- гателя Дизели * •> • * •» * Турбины
Таблица 4.31. Характеристик Тип судна, название, стлана-строитель Г г-д год постройки Ледоколы типа „Полар Стар” США, 1974 Ледоколы типа „Капитан Сорокин”, Финляндия, 1976 Ледоколы типа „Пьер Рэ- дисон”, Канада, 1978 Ледоколы типа „Альми- ранте Иризар”, Финляндия, 1978 Паромы типа „Спокан”, США, 1973 Научно-исслед ов ательское судно „Посейдон”, ФРГ, 1976 Буровое судно ледоколь- ного типа, США, проект Ледокольный супертан- кер, США, проект
118
Рис. 4.3.1. Принципиальная схема ГЭУ ледо-
кольного танкера
1 - шины общесудовых потребителей 460 В;
2 — шины питания ГЭД активных рулей и под-
руливающих устройств 4160 В; 3 - шины пи-
тания электродвигателей насосов; 4 — шины
электродвижения; Г1, Г2 — главные генера-
торы; НГ1, НГ2 — навешенные генераторы
общесудовых нужд; ТВБ1, . . ТВБ6 - транс-
форматорно-выпрямительные блоки; Я1, . . . ,
ЯЗ — якоря ГЭД1 и ГЭД2.
суд эвых потребителей. Подробное
описание I )У приведено в |4].
Подобные автономные системы
с отбором мощности рекомендо-
ваны сп< ииалисгами США к приме-
нению иа судах меньшего водо
измещения и меньшей мощности
(30 40 МВт и даже 15- 20 МВт).
В автономных диэель-элект-
рических установках канадских
ледоколов типа „Пьер Радисон” и
ледоколов финской постройки для
Аргентины типа „Альмиранте Ири-
зар” использованы силовые управ-
ляемые выпрямители, что позво-
лило обеспечить отбор мощности
от главных генераторов на элект-
роприводы пневмоомывающих ус-
тройств, уменьшив соответственно
установленную мощность дизель-
генераторов судовой электро-
станции.
В состав ГЭУ ледокола „Аль-
миранте Иризар”, разработанной
западногерманской фирмой АЕГ
(рис. 4.3.2), входят четыре дизель-
генератора мощностью 2,4 МВт,
напряжением 660 В, аналогичные
установленным на ледоколах типа
„Капитан Сорокин”, два двухъ-
якорных ГЭД, рассчитанные на пе-
редачу мощности 2x2,97 МВт при
частоте вращения 107/175 об/мин,
массой 125 т и четыре силовых
блока управляемых выпрямителей установленной мощностью 3,2 МВт, включенные
на шины переменного тока через анодные реакторы. На эти же шины включены два
асинхронных короткозамкнутых электродвигателя воздушных компрессоров пнев-
моомывающих устройств мощностью по 800 кВт при частоте вращения 3566 об/мин.
Шины электродвижения разбиты на две секции, отделяемые при коротком замыка-
нии междушинным выключателем.
Максимальный момент, равный 210% номинального значения, обеспечивается
в течении 1 мин при увеличении тока ГЭД на 180% (7,47 кА). Статические реверсив-
ные возбудители ГЭД мощностью по 12 кВт на каждый якорь получают питание
от шин электродвижения через трехобмоточные трансформаторы. Резервные возбу-
дители выполнены на неуправляемых выпрямителях. Мощность возбудителей вы-
брана из расчета обеспечения пятикратной форсировки.
Как и на ледоколах типа „Капитан Сорокин”, дизель-генераторы и ГЭД разме-
щать! в одном машинном и одном моторном отделениях. Судовая сеть получает пи-
тание от четырех дизель-генераторов мощностью по 750 кВ А, напряжением 380 В.
В связи с тем что ледоколы этого типа предназначены для обслуживания научно-
исследовательских станций в Антарктике и должны использоваться как исследова-
тельские суда, большое внимание при проектировании было уделено защите обору-
дования судовых научных лабораторий от помех, создаваемых при работе мощных
управляемых выпрямителей. С этой целью на выходных фидерах щита электродви-
жения установлены фильтры низких частот, силовые кабели экранированы и проло-
жены на расстоянии не менее 30-50 см от кабельных трасс судовой электростанции.
В автономных ГЭУ переменно-постоянного тока с неуправляемыми выпрями-
телями могут применяться кольцевые схемы главного тока (последовательно-пере-
менное соединение выпрямительных блоков и якорей ГЭД), аналогичные схемам
119
A
Ряс. 4 3.2. Принципиальная схема ГЭУ ледокола „Альмиранте Иризар”.
р _ гтавные генераторы; Я1, Я2 — якоря гребных электродвигателей
ГЗД1 и ГЭД2; П1, П2 - пневмоомывающие устройства; УВ1, . . ., УВ4 - управ-
ляемые выпрямители в цепях якорей ГЭД; УВР , ...» УВР4 реверсивные
управляемые возбудители в цепях возбуждения ГЭД; РВ1, РВ2 - резервные
яеупражляемые выпрямители возбуждения; Р1, ...» Р4 — анодные реакторы.
ГЭУ постоянного тока, а также системы неизменного тока, в том числе и с отбором
ыоаиостж.
Кольцевая схема главного тока применена впервые в ГЭУ американских авто-
мобильных паромов типа „Спокам” (рис. 4.3.3). В качестве источников электро-
энергии применены электровозные дизель-генераторы переменного тока, выдержи-
hc. 43.3 П; 4н «пиалькая схема ГЭУ
парома „СклкмГ
Г1, . . Г4 - главные генераторы;
Я1,Я2 - «коря ГЭД) иГЭД2.
вающие 15%-ную двухчасовую перегрузку
N ЭЩНОСТИ. Носовой и кормовой двухъ-
корны ГЭД рассчитаны каждый на мош-
^^Сть’ равную 75% суммарной мощности
ель-генераторов. При полном ходе паро-
Д „толкающего” винта (кормового
при ходе „вперед” и носового при ходе
) работает с полной мощностью,
^тянущего” винта - с 10%-но«
(630 кВт). При работе обоих ГЭД с одина-
мощностью каждый потребляет 2х
w К”т* В схему выпрямленного тока
1едоватсльно включены якоря ГЭД ”
^Управляемые выпрямители. Любой и3
®^Рат°ров ГЭУ может подключаться я с1'
^Лючаться без перерыва * питания ГЭД
Грщ10 ПотРе^ители получают питая*
01 двух вспомогательных дизель-
ераторов мощностью по 550 кВт, *'
пряжением 380 В.
?РИМеЯигсльно к суда** техническо-
фпота, а также буровым суд**1
120
Рис. 4.3.4. Принципиальная схема ГЭУ буровых судов типа „Хавдрил”: а - по систе-
ме неизменного тока; б - традиционный вариант.
Г1, ., Г5 - главные синхронные генераторы (в схеме а — двухобмоточиые;;
НГ1, . .. , НГЗ - навешенные генераторы судовом сети; НВ — неуправляемые
выпрямители; Щ — щит управления системой неизменного тока; В1, , В21 —
выключатели контура главного тока; ГЗД1, ..., ГЭД9 — гребные электродвига-
тели системы электродвижения и позиционирования; ЭП1, ЭП2 — электромашинные
преобразователи для питания потребителей судовой сети; УВ — управляемые вы-
прямители.
самоходным платформам проектируются системы неизменного тока. Расчеты пока-
зывают, что площади, занимаемые электрооборудованием таких ГЭУ и высоковольт-
ных установок с асинхронными ГЭД, практически одинаксивы. Вся коммутадаонная
аппаратура, устройства управления и регулирования могут быть объединены в сеном
щите электродвижеяия, так. что в местах расположения ГЭД нет необходимости
121
о ,нме Принципиальная схема такой ГЭу „
пазмешать дополнительное оборУ^вДрил” приведена на рис 4.3.4, а Для <-раВ|1 ®
размешать « даМ типа „лявдр 4.3.4, а видно, что пять nuJ ”я
h^c“J.3.4 6 «р,эмеупра»л.емые »ыпр»метгпв „
"SSНеизменного значения
«•ОНТУП выпрямленного тока н™ которых (ГЭД1 1 Ш * -W4, I эц$у ,Jen„^
ними ГЭД постоянного тока, ч' вО вращение два ВФШ системы электродВи
два суммирующих Р^^/через редукторы ВФШ пяти подрулиВа10ЩИх '
женин, а пять остальных также г
ройств. включены электромашинные преобразователи постоянно-
В контур могут быть в _ 1х потребнтелей. Гак как в процессе регулИро.
переменного тока для питав7*„.генераторов может оставаться неизменной, На
вания ГЭД частота вР^н^ Д [ЬЗОВаНИЯ навешенных на эти дизели синхронных
схеме показан также вариан потребитепей стандартным напряжением 440 В
генераторов для питания судо необходимости и высоким напряжс-
частотой 60 Гц ’«’^Х^нием "решенных генераторов требует егабХ
нием Однако вариаш; с зель4.енераторов и применения устройств синхронизации
ности частоты вращени J£оты Главные генераторы ГЭУ могут быть спро-
значение параметров схемы электродвижен^я.
S образом Появляется возможность осуществления двух независимых дРуг
X та^существенно повышает надежность всей установки.
В^п и вывод генераторе и электродвигателей из работы выполняются шунти-
пуюХи и фидерными выключателями без обесточивания контура неизменного
токаПотери при передаче энергии не зависят от рабочего режима, так как ток в кон-
туре поддерживается неизменным независимо от нагрузки, поэтому при малых
нагруз <ах потери в кабеле н электрических машинах будут несколько выше, чем
в ГЭУ с управляемыми выпрямителями. Однако этот повышенный расход энергии
частично компенсируется! более .высоким КПД генераторов, отсутствием потерь
в трансформаторах и меньшими потерями в неуправляемых выпрямителях.
В схеме, приведенной на рис. 4.3.4, а, приметены специальные генераторы без
демпферных обмоток, конструктивно оформленные в едином блоке с неуправляе-
мыми выпрямителями контура неизменного тока. Каждая из двух статорных обмо-
ток генератора подключена к своему выпрямительному блоку. Блоки на стороне
постоянного тока соединены последо (ательно с целью удвоения выпрямленного
напряжения. Это позволяет при ограниченном числе генераторов включать в контур
большое число исполнительных электродвигателей.
Параметры генераторов специально рассчитываются для совместной работы
с выпрямителями. Переходное реактивное сопротивление увеличено примерно
до 0,3-0,33 о. е., поэтому ток короткого замыкания не превышает* трехкратного
номинального значения. Вследствие этого отпадает необходимость в защитной аппа-
ратуре между генератором и выпрямителем, срабатывающей при коротком замыка-
нии, предусматривается лишь контроль вентилей. Отсутствие демпферных обмоток
приводит к тому, что токи ; диапазоне номинальных нагрузок практически сину-
соидальны. Возбуждение генераторов осуществляется от тиристорных возбудителей,
система управления которыми обеспечивает любую заданную точность стабилиза-
ним токз»
вания илчХ^п^иИ?1ИВеДСНа СТРУКТУР113* схема системы автоматического регулиро-
в датчиках постоямипТСрагОров* 1ак как генератор имеет две статорные обмотки,
ляющие наибольший J°Ka И налряжеяия 3 применены схемы сравнения, выяв-
жетия практически не паб™**3 ^УХ каналов выпрямления. В динамике канал напри*
стся после окончания пепехлии цеЛение и выравнивание нагрузок осуществим*
разности между собственным напряжеХм ^КаНаЛе стабилизании тока по сигнал
пряжений всех включенных в кон™ п И средним значением суммы Кп»
Ограничение напряжения происхо,^ вп<^’ЯНН°Г° ТОка генератоРов
узла 4. Ограничение тока воэбуж В ОСНовном канале регулирования с помощь^
дельному каналу с помощью узла 5 *** ” аварийных режимах происходит по пар
Для повышения устойчивости о *я
связь по току возбуждения с помл,тИСТеМЫ регУлирования использовала o6paTH*L
j22 помощью датчика тока 8, выход которого через фялИГ
Рис. 4.3.5. Структурная схема системы автоматического регули-
рования возбуждения синхронного генератора ГЭУ неизмен-
ного тока.
Г — генератор; ОВ — обмотка возбуждения; ТВ — тиристорным
возбудитель.
9 и сумматор 6 подается на вход схемы управления 7 тиристорного возбудителя.
Сигнал сравнения по току 7Ср вырабатывается узлом опорного напряжения 15 В и
в зависимости от режима работы исполнительных электродвигателей обеспечивает
переменную уставку по току с помощью коммутатора 1.
Впервые генераторы подобного типа, созданные фирмой АЕГ, были применены
на судах еще в конце 60-х годов в качестве валогенераторов в сочетании со статичес-
кими инверторами. На их базе была создана система неизменного тока в энерго-
установке трубоукладчиков типа „Викинг Пайпер”, где в общий контур вкточены
8 генераторов, 14 электродвигателей якорных лебедок мощностью по 1500 кВт каж-
дый и 4 электродвигателя преобразователей постоянно-переменного тока для пита-
ния судовых потребителей.
Фирмой АЕГ прорабатываются схемы ГЭУ, аналогичные приведенной на
рис. 4.3.4. а. с возможным разделением в аварийных ситуациях или по условиям
эксплуатации на два контура и более и изменением уставки неизменного тока в кон-
туре с целью снижения потерь при малых нагрузках. Прорабатываются также сис-
темы неизменного тока с использованием наряду со специальными генераторами
по типу описанных выше обычных синхронных генераторов судовой сети. Включе-
ние их в контур неизменного тока производится через добавочные реакторы для
повышения реактивного сопротивления генераторов до значения, равного реактив-
ному сопротивлению специальных генераторов. При разделении контуров выпрям-
ленного тока генераторы судовой сети могут подключаться с помощью переклю-
чателей к любому контуру.
§ 4.4. АВТОНОМНЫЕ ГЭУ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Ограничения по предельной мощности коллекторных ГЭД постоянного тока
с обычными системами охлаждения и традиционным решением узла токосъема при-
водят к необходимости использования в мощных ГЭУ гребных электродвигателей
переменного тока.
Автономные ГЭУ переменного тока, имеющие в своем составе синхронные
генераторы и синхронные или асинхронные ГЭД, могут строиться либо по
генератор — двигатель, либо с использованием промежуточного элемента — преоб-
разователя частоты. Последний обеспечивает „смягчение характеристик п сдачи
113
mipaMetpoii злгюриче* кик мании, ХцрП1(
, „ более гнбкнЯ п,ждесп»сНН1.1 харакгерш ,i.kum г>у
переменно!” «к. )ГоМ слу«*’ "| '|. С|1Пнчееких нрообра н.н .нп, »
герметики «.ине • кО ,ицол>-,0"а lbe|UIViitaHHOiiliHMn ) ।гра।амн 1<Р( ’
постоят»’’* |1111еУК|,мн '',"""1,';J| ,f,;'we iт»б«Г»1 «ыв 1м"м*'1’,д 1 ,,,"РИМ‘Р. о0(ф
«“»у .............................................................. ' «> мт.
...... rjv
•“ Т" Л?" ”"л км .................. «««
Пеки |«телн
l >У rutin
генератор
двигатель
I >У с Mpcon
paionurcjirM
’UK 1041,1
КПД передачи при мощное1 и. %• () у5
100 ' . . 0,945 0,907
50 ........................... ... 0,92 0,857
25 ...................... 1,0 0,7 0,8
COS«/>................................ 100 188
Стоимость, ........................
Примечание. В страты ис включены
на разработку преобразователя.
значительные расходы
Простога и экономичность автономных ГЭУ переменного гока, построенных
по схеме генератор двигатель, предопределили их широкое применение в проектных
проработках систем электродвижения ряда перспективных судов.
В табл. 4.4.1 приведены основные характеристики автономных ГЭУ перемен-
ного тока некоторых современных и проектируемых судов. Как видно иТ таблицы,
такие ГЭУ строятся иа значительные мощности; в них используются в основном
паровые или газовые грубины, а в качестве ГЭД в большинстве случаев применя-
ются синхронные электродвигатели. Вообще же в ГЭУ переменного тока использо-
вались практически все типы электрических машин переменного тока, кроме кол-
лекторных. Известны установки с асинхронными двигателями, имеющими фазный
ротор (транспорты „Юпитер”, „Корсар”, авианосцы „Лексингтон”, „Саратога”),
короткозамкнутый ротор с глубоким пазом или двойной беличьей клеткой (лин-
коры типа „Нью Мексико”), либо с переключением полюсов (линкоры типа „1ен-
исси”, рыбопромысловые суда с ВРШ), с асинхронным синхронизированным ГЭД
(танкеры типа „Ван Дейк”), с высокооборогными асинхронными и синхронными
ГЭД (буровые суда, сухогруз „Элизабет Шульге" и др.). Такое многообразие исполь-
зованных систем нс случайно. Оно объясняется поисками системы, оптимальной
как по обеспечению необходимых маневренных Качеств, так и но массогабаригным
показателям, экономичности, надежности и простого управления. Например, одним
С сиихРои,,Ым ГЭД является возможность обеспечения равно-
ты * 11)сбных вин,ов на многопинтовых судах. Обычно гребные вин-
частотами нпапгпш^отличаю’”имися друг от друга, к тому же колеблющимися
переменной силы и „ РС1У‘”»тато возбуждаются интерференционные колебания
В случае синхронныхТэл м КО' ,,ер1’дакпся конструктивным элементам судна-
ния гребных винтов °*"0 ()бе“’ечип. абсолютно одинаковые частоты вРаШС*
сизювой установки Так И,КЯда янлястся решающим фактором при выборе типа
установок для пассажипскоГп ,Ш’ализе иаРиантов многовальных энергетических
с синхронными ГЭД но, 1,1 ”1ра „Канберра” (Англия) выбор пал на *
стоимости, расходу топлива 'Т/ ХОТЯ И НС давала выигрыша но массе, габарита ,
Последнее достигалось синхг’и>и°/Ю,ИОЯЯЛа ,,РсД°тира1ить вибрацию корпуса сУдНй
сдвоенного ГЭД на одни тспб.?г.,аЦИСЙ ИИИгов при включении всех нйсовых як°^
всех ГЭД от одного тупбог-сн.., еИсра‘,0Р’ а кормовых на другой или при пита”
о есисчивагот раздельное упоивши^ )waKO такие схемы достаточно
УЧммлиие „ишь „0„„жа11ШХ mouWoct”
124 1
(ма.«е половины номинальной) Ц„ П1>му, , и„,р(,Н1Паняя винтои
oyi ки, 11|>ими1И1<>1> я схемы г раз/ц-льным включением | гц< .-разорен ни ГЭД,
Рядим ыруЛеделых фирм рл< - матрииюл/я возможность экономии топлива
.» <Чег И< uoni/киыпия ра 1ЛИЧ11Ы Л ПлЯИЧМИИ/ р«Щ'ИИЙ И -|.,М чи,Яг и примппшия
шскгропере/т. 1лк, при проектироиаиии эн.рюу» таиоиои шт ,}цт внутреннею
планация, шущ« < шняющих ш-реишку промышленных от ходов (Япония), были
рдссмшргны пне у< гаионки диэцльреду* юриля и J ЭУ церемсмною кжл выыэко-
оборогным асинхронным I ЭД < фазным ротором, Экилуа пития юловиою удла
>л< к।роходд „Ки<ан № I , «>< ipocnnoio в 19/71 показал* >.ы/.оеух он омичи ость
ГЭУ Хотя КЛПИ1ЭЯЫ1ЫС iaipa>i.i на постройку судна окамшкь больше, чем лреду-
сматри из лось при использовании диэещ. редукторной устам/и им на 7 млн ин
была увеличена его грузовместимость с 1260 до 131 м , по лому годовая прибыль
in фрахт возросла иа 6,7 млн. иен. Упрощение ухода блат одари 1Ю'.тояи1.тм у частоты
вращения ди шля и простоте дистанционною управлении и ,«молило уменьшить чис-
ленность экипажа па оттого человека и сэкономить еще 6,2 мли и
На финском газотурбинном пароме „Фииджет” и J 9бЯ I была применен* .сиюл-
НИ1СЛ1.П.1Я дизели электрическая установка, обеспечившая режим «у омом «не/кого
хода со скоростью 18,5 уз при вдвое мснынем расходе топлина В со» ыв ГЭУ а« дят
два ди телт. i оператора по 5700 кВт напряжением 6,5 кВ и два асиихрсяи. t> коротко-
тамкнутых ГЭД но 5300 кИг при частоте вращения 1587 об/мии Дизель-гемераторы
размещены на автомобильной палубе в двух отдельных кормовы- помещениях.
ГЭД соединен с главным редуктором газовой турбины через муфты. Установки
обоих бортов автономны
6 целые повышения экономичности в современных автономных ГЭУ предусмат-
ривается отбор мощности на собственные нужды. Для проекта ледокольною супер-
танкера (США) прорабатывались три варианта ГЭУ переменного тока, отличающиеся
количеством турбогенераторов с паровым или тазотурбинным приводам и парамет-
рами электрических машин. С целью уменьшения мощности судовой электростанции
предполагается частичный отбор мощности на собственные нужды при отключении
одного иа геттера торов от ГЭУ на пониженных ходах и для питания мощных элкт-
родвигаталей грузовых насосов, в режимах стоянки. Расчетные ма ^габаритные
показатели одного из вариантов ГЭГУ приведены в табл. 4.4.2.
В связи с трудностью осуществления непрерывного отбора мощности различные
варианты автономных ГЭУ предусматривают снижение установленной мощности
вспомогательной электростанции дни питания судовых потребителей. Принципиаль-
ная схема одного из вариантов такой установки приведена на рис. 4.4.1.
Гребной винт приводится во вращение двумя ГЭД через понижающий редуктор.
Один из ГЭД (ГЭД1) имеет две статорные обмотки, рассчитанные на разное число
пар полюсов, причем обмотка с меныпим числом пар полюсов по их числу соответст-
вует обмотке в торого ГЭД (ГЭД2).
Маневренные режимы, а также малые и средние хода обеспечиваются двигате-
лем ГЗД1, работающим на малой скорости (включена обмотка с большим числом
полюсов), питание которого осуществляется от дизель-генсратора ДГ1. Дизель-гене-
раторы ДГ2 и ДГЗ подключены к судовой сети В этом режиме выключатели Bl, В2,
ИЗ, В5 и В6 включены, а И4 и В7 выключены. Частота вращения винта регулируется
в пределах oi 26 до 75% номинального значения, при этом частота вращения ДГ1
изменяется от 35 до 100%.
При переходе на высокие скорости хода шины судовой сети и электродвнжения
синхронизируются и соединяются выключателем В4, выключатель Вб отключается,
а выключатель В7 включается. Двигатель ГЭД! подключается на высокую скорость
(включается обмотка с малым числом полюсов). Числа полюсов обоих ГЭД в этом
режиме одинаковы. При таком включении диапазон регулирования частоты враще-
ния винта ограничен допустимым диапазоном изменения частоты единой электро-
станции в пределах ±5% номинального значения
Соотношение чисел полюсов обмоток двигателя IЭД1 выбирается таким, чтобы
пусковые токи при переключении выключателей В6 и В"] не превышали допустимых
предельных значений. Низкоскоростная обмотка двигателя / ЭД1 рассчитывается
на повышенную мощность для обеспечения буксировочного момента на малых хо-
дах. Применение двухобмоточного ГЭД позволяет поручать два значения частоты
125
год постро,,кЯ Пчк.мь.тшв.Лига"^” А№ Гдаяяйх 198Танкеры типа „Шеврон ,США, ^Авианосец „Карриен Карьер , Англия, проект Танкер, Англия, проект Ледокольно-транспортное суд- но, ФРГ, тфоект Контейнеровоз, ФРГ, проект. 1-Й вариант м „ Контейнеровоз, Франция, про- ект Танкер, Англия, проект Ледокольный супертанкер, США, проект: 1-й вариант ч » ► 341 „ Лайнер, Англия, проект Ледокольный танкер-газовоз ФРГ,проект Автопассажирский паром „Фин- джет , Финляндия, дооборудован в Железнодорожный паром, Фран- Ция,проект ^'^“.Фравдхя, проект юмных ГЭУ перем Гене Тип первичного двигателя Турбины Газовые туроины Тоже м »» ээ •* » j Дизели Турбины Газовые турбины Дизели и Газовые турбины нно?п тока раторные агрегат Количество и мощность, кВт 2x7900 6x22 200 1x950 9x3200 2x10 000 1x19 500 1x23 000 Т 2x13 800 J 2x5500 2x2400 4x19000 4x19 000 2x38 000 2х (4x5 6 850) 6x22100 2x5700 4x3000 4x5400 — На,,Ряже- Ние в; час т ° та. Гц 3300; 57,6 3000; 60; 4160; 60 450; 50 4160; 60 6000; 50 6600; 60 6600; 60 6000; 60 4160; 60 11000; 60 13 200; 60 6600; 50 6600; 60 6600; 53 5000; 50 6600; 60
126
Гребные электродвигатели Количество и тип винтов
Частота праще) i ин, об/мин Гил, количество и мощность, кВт Частоте вращения, об/мин
6312 Синхронные, 231 2 ВФШ
1730 2х(2x3800)
3600 Синхронные, Зх(2х21 000) НО ЗВФШ
6500 Синхронный, 100 1 ВФШ
1800 1x9400
3000 Синхронные, 150 2 ВФШ
2x11 800
6400 Синхронные, 100 1 ВФШ
3600 2x6750
3000 Синхронный, 120 | 1 ВФШ
1x19 000
Асинхронный короткозамкнутый
3600 1x21 000 119 1 1ВФШ
1x26500 98 { 1 ВФШ
1800 Синхронные, 2х(2x5000) 150 | 2 ВФШ
1200 Асинхронные короткозамкнутые
2x2000 143 1 2 ВФШ
1x1300 720 1ВФЙПУ’
3600 Синхронные,
2x37 000 98/150 2 ВФШ
3000 Синхронные, 250 5 ВФШ
5x44 000
3600 Синхронные, Зх (2x21 000) 110 i ЗВФШ ВФШ
800 Асинхронные, 1587
2x5300
900 Синхронные, 2х (2x3000) 250 2 ВФШ j 2 ВФШ
1800 Синхронные, 2х(2x5000) 150
121
_ ,аЛриг««е подтем оборудования ТЭГУ Пблииа П МВт __
переменнис^ Габаритные размеры, м Общая мае ^еЛ1,цая
ОборУД°вание ^Ссаст/Мцт
4Х (6,1x3,15x3,05) 252 3,42
Синхронные генерат0Ры 2х (7,9x7,3x7,51 453 Л1 6
Синхронные 1 15,3x2x2,3 21,5 0,57
Йудители геиератор»» И ГЭД система регулир 0,28
2х(2x2x1) 13,5 0,18
1ОРГрансформаторы собствен- ных НУЖД 2х (2.41x2,74x3,74) 40,4 0,53
вращения гребного винта без отключения шин электродвижения от шин Суд0»пй
сети а также использовать полную мощность дизеля в маневренных режимах.
В ГЭУ современных и проектируемых электроходов различного назначени
все более широкое применение находят энергоемкие малогабаритные газовые ту
бкны [3]. В вариантах энергетической установки с механической передачей ГТу
занимают примерно такой же объем, как и традиционные установки. Только исполь
зование электропередачи позволяет обеспечить свободу размещения элементе
установки, при которой наиболее полно проявляются преимущества газовых tv
бин. Согласно проектным проработкам США, ФРГ, Англии, Италии, а также опыт
построенных судов (танкеры тши „Шеврон Орегон”, транспортные суда типов
„Сивей Прайне”, „Роторуа” и др.) применение газотурбоэлектрической установки
на переменном токе обеспечивает увеличение грузовместимости судна на 10-15%
по сравнению с аналогичными судами, оборудованными турбозубчатыми и дизель-
ными установками, за счет применения двухъярусного расположения элементов ГЭУ
Газотурбоэлектрическая установка (ГТЭГУ) имеет удовлетворительные с точки
зрения плавания во льдах моментно-скоростные характеристики: обеспечивается
увеличение крутящего момента при пониженной частоте вращения. Однако мини-
XX 3УрбИН На ХОЛОСТОМ ХОДУ и в Режиме малых
ляет 30-60% номиияУ Газовых турбив промышленного типа она, например, состав-
ого значения). Снижение частоты вращения ниже этого
ности в реализации гибких и маневоХ Г/рбины, что создает определенные труд-
нее того, традиционные пешмш» Р Н”ЫХ приводов для судов ледового плавания,
на пассажирском лайнере Канб^ ИСВОЛЬЗуемые в существующих ТЭГУ, например
судов ледового плавания Частлти » & ’ также оказываются неприемлемыми для
установках посредством клпл»., Ы ПуСК СИНхРонных ГЭД, осуществляемый в этих
“ “^“замкнутой пусковой клетки на роторе, при пони-
ценной чдстотр 1 z
ния) из-за знаХ (°КОЛО 30% номинального значе-
Не может быть ^ЛЬНЫх тепловыделений в роторе ГЭД
в такой систем Ь1Стро повторен. Hq обеспечивается
током. С И Длительный момент стоянки иод
Для преодоления указанных недОСГатК°В^1НХроН-
ния АЕГ-телефункен предлагает использовать с еНЯОГо
ный пуск ГЭД, при котором включение возбу
генератора производится на стоящий или вран ю1цеЙ
ГЭД с одновременной подачей топлива, обеспеч^—
рис. 4.4.1. П ------------------------------
Т°Ка с комбиниплПИаЛЬНаЯ схема гэу переменного
Р ванным способом регулирования-
128
Рис. 4.4.2. Принципиальная схема автономной
ГЭУ переменного тока ледокольного танкера-
газовоза.
II, Гб генераторы; Р1, .. ., Р6 — ре-
версы; ГЭД1, .... ГЭДЗ гребные электро-
двигатели; СД1, .. , СДЗ сопротивления
динамического торможения.
Рис. 4.4.3. Результаты исследований на АВМ переходного процесса Djtaca
и синхронизации ГЭД при моменте сопротивления на гребном виг~?
равном 125% номинального значения: а — изменение тока генератора
(кривая 7) и движущего момента ГЭД (кривая 2); б - изменение часто-
ты вращения генератора (кривая 7) и ГЭД (кривая 2)
Ч5Ог-
400-
^350 -
300-
150 ~
£ 200-
1 150-
£
100 -
50-
0
Частота Вращения
винта,
Рис. 4.4.4. Результаты
исследования на АВМ
переходного процесса
пуска ГЭД в битом
льду с моментом со-
противления, нарастаю-
щим до 200% номи-
нального значения: из-
менение частот враще-
и крутящего момента ГЭД
ния турбогенератора (кривая 7) и ГЭД (кривая 2)
(кривая 3).
129
л лМ мощности. При этом синхроним-
риия турбины С частите вращения (6 «% номи
пмиение частоты врашсни у и пони*1,1 "боагрегата может быть усилено
Хе
’^контур сланного тока. Процесс
Хного значения). Необход^ сопртивяени«!1НерЦИОнн<нть агрегатов обеспе-
стет включения ™Р”° 100-200 ме. -одоление оирокипывающого
смхронязаиии "Р»«”™'Х6аин» - *Я°“Х ранное 200 300» н»мннаЛы.ого.
чивает демпфирование к I с знамен , ! 4,4.2) для ледокольного
"«^кон ХКмой«»"- “ вмнтях ЗКгW ВТ‘ Не№
Компанией АЬГ^е2!?гУимОстью 125 тыс. м с режИМов пуска ГЭД показаны
танкера-газовоза имеет_ рассмотренных нте сопротивления на греб-
торЫе ^ультатк.иссшдов на рис. 4Л.З. Через 2 с
на рис. 4.4.3 и номИНаЛьного значен нный режим (рис. 4.4.3, б)
ном винте, равном 5^ вТЯ1'И15%- при этом ток (рис. 4.4.3, а) дости-
после момента вк® доСГИГает примерно 15%, неоднократно. Переходный
и его частота враш и разгон может по Р а сопротивления до двукрат-
гает номинального^ с увеличением * Исследования режима закли-
процесс пуска! наченИЯ представлен нар - бн0Г0 винта, блокированного
ного номи”*"^показали, что для освобожд пр0Цесс синхронизации ГЭД
кивания вин51 пятикратный крутящий 300% номинального зна-
:°зХежНимХ-кает с колебаниями торможение и синхрониза-
чения, имеющими период около 1, суДНа _ за 200 с с выбегом, равным
ция ГЭД происходят за 28 с, P длины корпуса. Для сравнения
"г
Ur
\*-ПТ0
У5
ШОВ. 60 Ги
РЧВ2 ПУ-
1^! I"
время остановки такого же танкера
с механической передачей составляет
9-15 мин. ТЭГУ этого типа позволя-
ют выполнять требуемые реверсив-
ные маневры типа „вперед-назад” за
2-3 мин, их КПД приближается
к КПД механической передачи (?) =
= 0,95), но в противоположность
последней при ударных нагрузках
электропередача берет на себя функ-
ции эластичной муфты.
При использовании в ГТЭГУ
асинхронных короткозамкнутых
ГЭД в ряде случаев считается целесо-
образным регулирование частоты вра-
щения ГЭД от 100 до 50% произво-
дить изменением частоты тока, а от
50% вниз - изменением питающего
Рис. 4.4.5. Принципиальная схема ГТЭГУ
переменного тока с ПЧТ, включаемым в ма-
невренных режимах.
БЗР блок задания режима; Г главный
генератор; НГ навешенный генератор
судовой сети; Р - реверсор; ТГ - тахогене-
ратор; УВ1 и УВ2 управляемые выпря-
митель и инвертор ПЧГ; СД сопротивле-
ние динамическое; Ы, Б2 блоки управле-
ния; У усилитель; АУ - блок автомати-
ческого управления; РЧВ1, РЧВ2 - регуля-
торы частоты вращения; ПУ - пост управ-
ления; ЛгО^в.г, ^в.д ’ сигналы уставки по
частоте вращения турбины, токам возбужде-
ния генератора и ГЭД; лг, UT, лд - текущие
значения частоты вращения генератора,напря-
жения генератора и частоты вращения ГПД.
напряжения при неизменной частоте
вращения газотурбогенератора. В со-
ответствии с этим конструкция рото-
ра и система охлаждения рассчитыва-
ются на обеспечение надежной работы
при перегревах ротора в режимах
больших скольжений.
С целью снижения габаритов
асинхронного ГЭД рассматриваются
*ЭУ с увеличенным до 80% частот-
ным диапазоном регулирования и
только в диапазоне 0— 20% номиналь-
ной частоты вращения обеспечивается
регулирование изменением напряже-
ния. В одном из разработанных в ФРГ
проектов перспективных судов при
таком принципе управления были
проведены расчеты асинхройного
130
короткозамкнутого ГЭД мощностью 18 МВт нпи
номинальной частоте вращения 236 об/мин на
минимум габаритов. Исследования покатали, что
при использовании водяного охлаждения обмо-
ток статора и ротора возможно создан и 1акого
ГЭД с диаметром не более 3 м и длиной актив-
ной части около 1,5 м.
В западногерманском проекте судна ледо-
вого плавания рассматривался вариан> I ГЭГУ
с бесщеточным синхронным ГЭД мощностью
20 МВ г и статическим преобразователем часто-
ты, включаемым только в маневренных режи-
мах при пониженной мощности. Приципиальная
схема такой ГТЭГУ приведена на рис. 4.4.5. При
частоте газотурбогенератора в диапазоне от
номинальной до частоты, составляющей 33%
номинальной, ГЭД непосредственно через ревер-
сор подключен к генератору. В режимах при
постоянной частоте вращения, равной 33%
номинальной, питание ГЭД осуществляется через
преобразователь частоты со звеном постоянного
тока (ПЧТ), обеспечивающий плавное регулиро-
вание и бесконтактный реверс ГЭД. При плава-
ний в ледовых условиях ГЭД должен создавать
ГЗД1 Г3112
Рис 4 4 6. Принципиальная схе-
ма ГЭУ переменного тока мета-
новоза с ПЧТ малой мощности.
*
Г1 ., ГЗ — главные генера-
торы; Р1, .., Р4 — реверсо-*
ры; ПЧТ1, ПЧТ2 — статические
преобразователи частоты со
звеном постоянного тока;
ГЭД1, ГЭД2 — гребные элект-
родвигатели.
длительный полутора кратный момент и в тече-
ние 2 мин в режимах ударов винта о лед двукратный номинальный момент. Режим
стоянки под током с моментом, равным 280% номинального значения, требует
Рис. 4.4.7. Принципиальные схемы вариантов автоном-
ных ГЭУ переменного тока с асинхронным генерато-
ром (АГ) с фазным ротором: а - регулирование час-
тоты АГ изменением возбуждения машины постоян-
ного тока электромашинного преобразователя, вклю-
ченной на кольца АГ через выпрямитель; б — регули-
рование частоты АГ электромашинным преобразова-
телем переменного тока при помощи ПЧТ; в — регу-
лирование частоты АГ статическим преобразователем
частогы (с непосредственной связью или ПЧТ); г -
включение двух АГ на ГЭД с общим регулированием
частоты; д — параллельная работа АГ и СГ с реализа-
цией энергии скольжения синхронным дизель-генера-
тором.
131
в течение долей секунды В соогнегегвин с :ггИм
тпкя в 1,6 Раза В ,„,гигня быть не менее половины Моин.^ " м<Мц-
увеличения^т
ов она может составлять 10 -18% ,,ок’иналад^. Г^Д.
носгь пр Р я обычных сУД _11П1ЫМ ПЧТ прорабатывался в цпОВ1,.,
8 Т° ВРГЭД ВарСг ГЭУ с МДООЫ1НЫХ"синхронных ГЭД (рис. 4.4 6)'*Пр П?Р°М*
ности ГЭД- ^пользованием сД» «” ка вкдючен на один in стато£1 вР*Зо-
звеном —-да <ашуН1 Прн ходе иЛ^о-
Хго ГЭД и В Ре*%6 отключается, а второй подключается к сети черед .
мТшносги один якорь ГЭД могу г работать на пониженной частоте вра1Цс^
Пиз^ь-генераторы в ЭТ;Х /дельный расход топлива, или предусматривается
^еспечивая УД,В. Мощность ПЧТ в такой схеме выбирается раа^й
чение части дюельчтнератор ние пчт на сеть таКжс снижается. Р ВНой
i 2,5% полной мощности^ А- чода (от номинаЛьной до 0,5 номинальной!
В режимах соответствующим регулированием частоты вращ?
частота вращения ГЭДз* мах маЛЫХ скоростей хода (0,5 номинальной и мГ
НИЯ Дизель-генераторов, a частоте вращения Дизель-генераторов.
Нее) - с помошыо варИанты автономных ГЭУ переменного тока с асинхпои
в ЯПОНтепоИм Военным на синхронный ГЭД. Изменение частоты питающего
ним генератором в обеспеЧиваетсЯ управлением по цепи ротора генепа
“^нТизменной частоте вращения генераторного агрегата. В качестве генератора
T°Pa^v/ca асХонная машина с фазным ротором. Изменение частоты на выходе
обеспечивается включением в его роторную цепь электромашинных или
SSSx преобразователей частоты по принципу асинхронных машинно-вентиль-
ямх или вентильных каскадов.
Схемы некоторых исследуемых вариантов таких ГЭУ приведены на рис. 4.4.7.
§ 4.5. ГЭУ ПЕРЕМЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА
С ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ
Объединение источников питания ГЭУ и судовых потребителей рассматривается
как способ дальнейшего повышения энергоемкости установок, обеспечивающий
более эффективное использование оборудования, упрощающий его обслуживание,
снижающий расход топлива и позволяющий увеличить грузовместимость судна.
В таких ГЭУ используются тиристорные выпрямители, обеспечивающие регулиро-
вание гребных и других ист длительных электродвигателей постоянного-тока от об-
щих шин единой электростанции переменного тока. Впервые такая ГЭУ была приме-
нена на западногерманском траулере .,Тико 1”. В ней питание и управление ГЭД
осуществлялось от тиристорных силовых блоков мощностью по 1000 кВт. Реверс
ГЭД производился с помощью реверсивных тиристорных возбудителей. Схема уп-
равления обеспечивала ограничение тока якоря, ослабление магнитного потока
ГЭД ограничение мощности рекуперации, воздействуя как на силовые выпрями-
тели, так и на тиристорные возбудители. Необходимое качество электроэнергии на
шинах электростанции достигалось использованием специальных трансформаторов,
лиси nnL^npaB;ieHHe исполнительными двигателями траловых лебедок осушествля-
возбужпени/^Ю ₽е®е₽сивных силовых управляемых выпрямителей, а также по цепи
цип построения На неРевеРсивные тиристорные возбудители. Такой при -
пения, Ровные хапактХПРИНЯТ И На послеДУюи1их судах различного типа и наз
В установкяуРгг. 61)110111X11 которых приведены в табл. 4.5.1. е
400-600 В а в мл1^ВНИТеЛЬН° Вебольшой мощности применяется nai
тока до 6000 В Х системах используется высокое напряжение переме
Роэн^гетической тадов^и Т™ ГЭУ Па₽ома «Дойчланд” (ФРГ). В составэле^_
зеяьгенераторов мошипт^ входят: девять бесщеточных сиихронн
четыре силовых блока типи™ П° 2100 кВ • А (часовая мощность 2400
считанные на напряжение 1ППп°пНЫХ ВЫПрямителей мощностью по 5300 > д.
Даа Двухъякориых ГЭД моши ПеРеменного тока и выпрямленный ток ноСо-
вых подрулива101цих у °™ 2x3 860 «Вт, напряжением 1200 В; сНи»
р ства мощностью по 750 кВт с частотой вр
132
Рис. 4.5.1. Принципиальная схема ГЭУ парома „Дойчланд .
1 - шины электродвижения; 2 - шты судовой электростанции
1000 В, 50 Гц; 3 - шины неотключаемой нагрузки; 4 - шины судовой
электростанции 400 В, 50 Гц; АДГ - аварийный диэель-геиератор;
"-Рэ, ПУ2 — подруливающие устройства с приводным асинхронным
фазным электродвигателем; API, .. ,, АР4 — анодные реакторы;
Др1, . .. , Др4 — сглаживающие дроссели.
980 об/мин; два трансформатора по 2000 кВ А. Используются генераторы с двумя
самосмазывающимися подшипниками и вентиляцией по разомкнутому циклу с воз-
духоохладителями, ГЭД — с тремя подшипниками скольжения с кольцевой смазкой
и нагнетательным' масляным насосом, автоматически действующим при падении
частоты вращения ниже 20 об/мин.
Питание тиристорных выпрямителей осуществляется от двойной системы
сборных шин, связанных междушинными выключателями. Питание двух якорей
одного ГЭД производится от разных секций. При одновременной аварии обеих
секций (что маловероятно) предусматривается переключение тиристорных блоков
на вторую систему сборных шин (одну из секций) с помощью кабельных перемы-
чек. Вторая система шин представляет собой высоковольтные секции шин судовой
сети, на которые также могут включаться один или два главных генератора. При
замкнутом междушинном выключателе на секции электродвижения могут работать
не более пяти генераторов. В случае короткого замыкания отключение этого выклю-
чателя осуществляется за 30-60 мс.
От шин электродвижения получают также питание асинхронные двигатели
подруливающих устройств.
Питание шин общесудовых потребителей осуществляется от двух транформато-
ров 1000/380 В мощностью по 2000 кВ А. При повреждении этих шин производится
автоматический запуск аварийного дизель-генератора мощностью 570 кВ А с часто-
той вращения 1500 об/мин, обеспечивающего питание секции ответственных потре-
бителей.
При работе на шины электродвижения частота вращения дизель-генераторов
может изменяться системой управления в диапазоне 1200—150 об/мин, при этом
обеспечивается изменение частоты тока в диапазоне 40—50 Гц и напряжения в диа-
пазоне 800-1000 В.
Обмотки возбуждения ГЭД соединены последовательно и получают питание
от шин 380 В через реверсивный тиристорный возбудитель. Генераторы могут вклю-
чаться на параллельную работу автоматически и вручную через устройства грубой
синхронизации. Контроль неисправностей и измерение параметров осуществляются
в 700 точках системой централизованного автоматического контроля.
В конце 1979 г. была завершена модернизация финского ледокола „Войма”,
построенного в 1954 г., при которой ГЭУ постоянного тока була заменена
ГЭУ переменно-постоянного тока с единой электростанцией. Мощность единой
133
к*
£
тока с единой электростанцией
Таблица 4.5.1. Характеристики ГЭУ переменно-постоянного
Тип судна, название, страш строитель, год постройки Тип первичней о двигателя Генераторные а< Количество и мощность, кВт; COStp регаты Напряжение, В; частота тока, Гц Частота нра щения, об/мин 1 ребные члектро Количество и ’ мощность, кВт дви| а^ели К <астота вра щения, I об/мин I 'оличестио и ТИЛ ВИНТОВ
Ледоколы типа „Капитан Дизели 4x950; 600; 50 750 2x1550
Измайлов”, Финляндия, 1976 0,53 240/300 2 ВФШ
Ледоколы типа .Капитан »♦ 3x1440; 660; 1000 3x1180 140/360
Чечкин”, Финляндия, 1978 0,8 50’ 3 ВФШ
Ледокол „Войма”, Фин- ляндия, 1979 6x2000; 0,75 660; 50 500 4х (2x1280) 120/180 4 ВФь
Паром „Дойчланд”, ФРГ, 1972 Контейнеровозы типа Газовая 9x1840; 0,8 1x9000; 1000; 50 3300; 1500 6500 2х(2x3600) 2x1000 2x4000 195/210 980 200 2 ВФШ 2 ВФШ ПУ
„Сивей Прайне”, Австралия, турбина 0,8 50 2 ВФШ
1975 1500
Буровое судно „Сед- Дизели 5x2100, 4160; 900 2х (6x550) 11x600 2 ВФШ
ко 445”, Япония, 1972 2x1050; 0,7 7x2100; 60
Буровое судно „Сед- 4160; 900 2х (6x590) 1 2 ВФШ
ко 472”, Япония, 1977 0,7 60 6х (2x640) 6 ВФШ ПУ
ПБУ типа „Седко 702”, м 3x2500; 4160; 900 2х(2x1480) * 2 ВФШ
Япония, 1973—197$ 0,7 60 4x1180 I 4 ВФШ ПУ
Буровые суда типа „Гло- 4x2750; 600; 750 2х (3x1200) — 2 ВФШ
мар Пасифик”, США, 1978 0,7 60 5x1250 1 5 ВФШ ПУ
ПБУ типа „Пентагон 81”, 5x1000; 440; 900 2x1480 720 2 ВФШ в насад-
Франция, 1968-1976 0,75 60 233 ках
6x540 1200 6 ВФШ ПУ
234
ПБУ типа „Пентагон 90”, м 4x2500, 660; 1200 3x1780 300 j ЗВФШ
Франция, 1977—1979 1x1500; 0,75 60
?6б
Буровое судно „Вестерн Офшор IX”, Япония, 1976 ПБУ „Берген Риг”, Нор- вегия, 1973 м 6x2500; 0,7 4x2000; 0,65 4160; 60 660; 60 900 1000 2х(2x2760) 2х(2x1000) 2x750 200 230 2 ВФШ 2 ВФШ в насад- ках 2 ВФШ ПУ
ПБУ „Пенрод 703”, США, 1973 99 3x2500, 1x1500; 0,8 2x3150, 2x1300; 0,7 4x1500; 0,65 4x1300; 0,65 480; 60 1000 2x1480 260 2 ВФШ
ПБУ „Марк II", ФРГ, 1974 99 4160; 60 900 2х(2x2100) 270 2 ВФШ
ПБУ „Оушея Виктори", 99 440; 60 1200 2x2500 8x740 — 2 ВФШ 2 ВФШ ПУ
США, 1972 ПБУ „Акер III”, Норве- м 600; 60 900 2х (2x1000) 280 2 ВФШ в пово- ротных насад-
гия,1974 ках
ПБУ типа „Скарабее III”, »» 7x850; 0,7 440; 60 1200 3x1480 720 , 3 ВФШ
ФРГ, 1975 230 2 ВФШ 6 ВФШ ПУ
ПБУ типа „Уайт Драгой”, Япония, 1978 99 4x1500; 0,75 600; 60 720 2x1000 2х (2x530) 1000 230
Обслуживающие суда ти- 99 5x1100; 0.7 600; 60 1800 2х (2x1300) 1000 917 2 ВФШ в насад- ках
па „Маринер”, США, 1977 99 5x2650; 6000; 1000 2х (2x1100) 4x1100 2x1170 1x330 2 ВФШ 4 ВФШ ПУ
Спасательные супа типа „Сиспрэд”, Швеция, 1979 у) 0,75 ' 3x850; 60 660; 1500 165/220 970 1 ВФШ 1 ВФШ ПУ
Рыбопромысловое судно „М ер кати , ФРГ, 1978 0,74 1x400; 50 1 ВФШ 1 ВФШ ПУ 2 ВФШ (к) 2 ВФШ (н) 2 ВФШ ПУ 1 ВФШ 1 ВФШ
Гидрографическое судно „Гаусс , ФРГ 1980 99 0,56 3x710; 0,78 5x1290; 660; 50 750 720 2x650 1x533 2x1620 2x1100 250 435 202 238
Обслуживающее судно „Зеебек 1”, ФРГ, 1981 Спасатель, Италия, проект Ледок ольнотранспортное су пн о, Англия, проект 99 Газовые турбины 0,75 4x1560; 0,8 2x7800; 0,8 440; 50 3300; 50 1200 3000 2x590 2x1480 2x6650 240 200
Рис. 4.5.2. Принципиальная схема единой электроэнергетической уста-
новки ледокола „Войма” после модернизации.
1 - шины электродвижения 660 В, 50 Гц; 2 - шины судовой электро-
станции 400 В, 50 Гц; ЭМП1, .... ЭМП4 - электромашинные преобразо-
ватели 600/400 В, 50 Гц.
электроэнергетической установки увеличена на 65%, и в настоящее время этот ледо-
кол является самым крупным из ледоколов с установкой такого типа.
Принципиальная схема установки приведена на рис. 4.5.2.
В состав установки входят шесть синхронных бесщеточных дизель-генераторов
мощностью по 2140 кВт, напряжением 660 В при частоте вращения 500 об/мин.
Двухъякорные ГЭД (два носовых и два кормовых), оставшиеся при модернизации
без изменения, получают питание через силовые тиристорные выпрямители, рассчи-
танные на выпрямленный ток 3430 А и напряжение 800 В, от единых секциониро-
ванных шин судовой электростанции. К этим же шинам Через согласующие трансфор-
маторы подключены реверсивные тиристорные возбудители. Вспомогательные
дизель- еяераторы (за исключением одного стояночного) отсутствуют.
елью устранения влияния работы мощных управляемых выпрямителей
на судовые потребители, критичные к искажениям питающего напряжения, шины
™№™л^ЭЛеКТР°СТаНЦИИ П0ДКЛЮчены к шинам повышенного напряжения через
мошностм^5ПЛЫеп враща1°дд’сся преобразователи с приводными двигагелями
650 кВ А при напряжении 400 В°б/МИН * СИНХроННЫми генераторами мощностью по
пожаХ^с^ХХир^ьи лебсГНИЯ ПИТаК)ТСЯ такие моцд«ле потребители, как
Подобные схемы ГЭУ nnuJ ДК“‘ ЭЛектРодвигатели компрессоров.
финской постройки типлп irP менен“ на сериях новых речных портовых ледоколов
в •нялотюпшх ГЭУ нсспрп*11811 Измайпов” и „Капитан Чечкин”.
тий по обеспечению выс к ?«овательских судов предусматривается ряд мероприя-
научных лабораторий навигяпикачества электроэнергии для питания потребителей
приборов. ’ онного комплекса и чувствительных измерительных
установки научно-иодедоватя^ИНЦИПИаЛЫ1ая СХСма единой электроэнергетической
телефуикен (ФРГ). Тр„ 3J?*°ro судна „Гаусс”, оборудованной фирмой АЕГ-
шины здектродвижедвд 660 В 5*ератоРа мощностью по 910 кВ - А включены на
мои осгъю 300 кВт через иепепр КОТорых получают питание двухъякорный ГЭД
«Реверсивные управляемые выпрямители (по одному
136
Рис. 4.5.3. Принципиальная схема единой электроэнергетической
установки научно-исследовательского судна „Гаусс”.
1 — шины судовой электростанции 400 В, SO Гц; 2 - шины
Электр о движении 660 В, 50 Гц; 3 — шины питания лаборатор-
ного оборудования 400 В, 50 Гц; 4 — шины вспомогательного
дизель-генератора; 5 — шины питания навигационного обору-
дования; ЭМП1, ЭМП2 — электромашинные преобразователи
400/400 В, 50 Гц; ВГ — вспомогательный дизель-генератор
220 кВ • А, 400 В, 50 Гц, 1500 об/мин; НПУ — носовое подру-
ливающее устройство 533 кВт, 750 В, 435 об/мин.
на каждый якорь), двигатель носового подруливающего устройства через реверсив-
ный управляемый выпрямитель и ряд мощных потребителей.
Шины судовых потребителей получают питание через понижающие трансформа-
торы 660/380 В мощностью по 280 кВ • А. Потребители, требующие высокого ка-
чества электроэнергии, подключены к шинам 380 В через электромашинные преобра-
зователи мощностью по 33 кВ • А при 1500 об/мин. Высокое качество электро-
энергии обеспечивается применением заземленной экранированной обмотки транс-
форматора и низкочастотных четырехканалъных фильтров; фильтрацией кабелей,
соединяющих шины; низкоомным заземлением всех металлических корпусов,
шкафов, щитов; фильтрованием всех отводов в переключателях с бортовой сети
на спецсеть; низкоомным заземлением всех
пучков кабельных трасс с обоих концов
(в вводах кабелей используются заземляю-
щие наконечники).
Аналогичные схемы применены на иссле-
довательских судах „Посейдон”, „Меркатц” и
других, разработанных фирмой'АЕГ.
Длительное время наиболее эффектив-
ной энергетической установкой буксиров счи-
талась ГЭУ постоянного тока, обладающая
высокими маневренными качествами и обес-
печивающая максимальный момент в широ-
ком диапазоне изменения частоты вращения
винта независимо от направления вращения.
В дизельных установках с прямой передачей
момент и мощность изменяются пропорцио-
нально частоте вращения, причем нижняя
граница определяется частотой вращения
холостого хода лх.х, а верхняя — максималь-
но допустимой частотой вращения ЛггйХ
ГЗД1 ГЭД 2
Рис. 4.5.4. Принципиальная- схема
ГЭУ двухвинтовых буксиров.
1 — шины электродвижения 660 В,
60 Гц; 2 — шины судовой электро-
станции 440 В, 60 Гц; БЛ — бук-
сирная лебедка; ПН — пожарный
насос.
137
Рис. 45.5. Характеристики буксира при ходе
с возом” (/) и на свободной воде (л ) -
/ - режим работы ДРА; 2,3,4- режимы
работы ГЭУ с одним, двумя и тремя дизель-
геяераторами соответственно.
1«х.х (0,25 : 0,3>л
требуется дополнителыю* м Них
ческое оборудование: рсв СХа,,И-
дукторы, муфты и т. п. сРс’Ре-
С переходом на дЬуХП1,
вые установки ГЭУ Постоя„"То'
тока оказались менее 0,0
ными, чем прямые передачи*ГИ®'
как уже не могли в полной
удовлетворять требованиям по *
невренности (особенно при рабп *
винтов ,зраздрай” от одного ген
ратора) и обеспечению потребит
лей собственных нужд перемен’
ным током Однако применение
на судах ГЭУ Переменно-постоян
ного тока с единой электросгаи"
цией привело в последние годы
к пересмотру взглядов на исполь
зование ГЭУ для двухвинтовых
буксиров, .а также вспомогатель-
ных судов, обслуживающих буро-
вые установки.
Типовой схемой ГЭУ для та-
ких судов, обеспечивающей высо-
кую экономичность и хорошие
маневренные качества, является
схема, приведенная на рис. 4.5.4.
В ней используются два (или более) дизель-генератора повышенного (600 или
660 В) напряжения, включенные на общие шины, от которых через управляемые
выпрямители получают питание ГЭД, электродвигатели подруливающего устройства,
буксирной лебедки и других потребителей (например, пожарных насосов). При этом
предусматривается использование одних и тех же выпрямителей для различных
исполнительных двигателей, так как они включаются на пониженных скорос-
тях хода.
В процессе проектирования двухвинтового буксира с суммарной мощностью
на винтах 4250 кВт проводилось сравнение установок с двумя дизель-редукторными
агрегатами (ДРА) и ГЭУ по схеме, представленной на рис. 4.5.4. На рис. 4.5.5 приве-
дены характеристики буксира при ходе „с возом” (Г) и на свободной воде (//)•
Как видно из рисунка, при ходе „с возом” максимальной мощности 4120 кВт
(за вычетом 3% потерь в передаче) достаточно для движения судна со скоростью
v ~ Ш,7 уз. При ходе в свободной воде максимальной частоте вращения гребного
винта 50 об/мин (определенной максимальной частотой вращения дизеля) соот-
SE пск°Рость хода 14,53 уз. Оба ДРА передают в этом режиме только
оежимр мк°ЛК0ЛЬКу большая мощность не может быть использована и винты в этом
увеличить Не ® расчетных условиях. Для их полной загрузки необходимо
тока возбуждения ГЭД СиГ’ Г° М°ЖСТ быТЬ ПеГК° Д°СТИГНУТО в ГЭУ ослабление
ропередаче)Т^мГ1Д' °бЩеЙ Мощности 3750 кВт (за вычетом 10% потерь в элект
роси, хода 15 7 va с00тветствУет частота вращения винта 168,об/мин и-с
но ГЭУ обесп’ечипярт u харакГеРистики подобны характеристикам установок с »
зель-генератора и познгт^ависимое маневрирование винтами при работе одЛОц°Г9у
винты и ГЭД рассчитым^ ИспольЭовагь более дешевые и надежные ВФШ- ®
возможном увеличении ра6оту в любых режимах при 100% мошно
(посравн ниюсбуксиоп» Ы вращения на 30-40% при ходе в свободной в
НаРис. 4.5.5 ппиР ИЬ1МреЖИМом)- v л»
использовании одного ЗНачення л, Р и v для режима работы ГЭ I»
900 кВт при 140 об/мин и с ГеНератоРа» обеспечивающего мощность на®
Дизеля при ходе в своб^Д^Р0^ Хода ^,9 уз. В случае работы ДВУХ что
"одной мд, мгружены примерно „F60% (2440 кВт). ™
1 JO
соответствует удельному расходу топлива ITT rlL,u
Ва 0,637 т/ч. ДУ 0ПЛИВа 137 г№т ч)или часовому расходу топли-
В 1 ЗУ при мощности па вишах 19ПП ....
расходом топлива 130 ifeft -Лили часо и1.1мКЛЬ загРУ*ен полностью с удельным
на милю пройденного пути в рассматриваемых °’5!iJ/4' Расход ТОШ1Ива
а для ГЭУ 36,7 кг. При ходе в (вобоинпй Л Р ДРА составляет 44 кг,
ГЭУ позволяет снизить расход топлива на ] *8^к по*ЯЗЫвают Расчеты, применение
раза и обеспечить удво нный т оХ 21’ LМа^НЬ1х материалов - в два
и ч ,. 7 uvnnDiM моюресурс дизеля (при работе одного пизелъ-генепя.
тора). Однако скорость судна будет на 8% меньше Дизель-генера
Из-за неэффективного использования дизелей и винтов, работающих не в опти-
мальном режиме, потери в установках с ДРА существенно перекрыв*^ ист™
в ГЭУ. Срок службы дизелей в ГЭУ благодаря постоянству частоты вращения зна-
чительно увеличивается.
В варианте ГЭУ с тремя дизель-генераторами мощностью по 1420 кВт дри работе
двух дизель-генераторов обеспечивается скорость судна в свободной воде 14,73 уз
суммарной мощностью на винтах 2560 кВт, т е примерно на 1% более высокой,
чем в варианте с ДРА при загрузке дизелей (с учетом КПД передачи) практически
на 100%.
Для больших буксиров, судов снабжения, трубоукладчиков желательно высво-
бодить большое рабочее пространство в корме. В установках с прямыми передачами
это сопряжено с большими трудностями. В ГЭУ дизель-генераторы могут быть мак-
симально смещены в нос судна, а ГЭД — в корму, что обеспечивает минимальную
длину вала. При этом облегчается дифферентовка судна, имеется возможность отка-
заться от дополнительного трюмного балласта в носу и в целом упрощается проекти-
рование. Механическая развязка двигателя и винта исключает необходимость в спе-
циальном фундаменте под главную машину, в жесткой выверке и установке линии
вала. Дизель-генераторы поступают на верфь в виде единого агрегата вместе с охла-
дителями, фильтрами и другими вспомогательными механизмами, которые монти-
руются на общей раме. Установка агрегатов на амортизаторах исключает передачу
вибрации на корпус судна и значительно снижает шумность установки. Многомашин-
ная ГЭУ позволяет вести агрегатный ремонт дизель-генераторов, благодаря чему сни-
жается количество простоев ГЭУ. Дополнительная надежность и живучесть обеспе-
чиваются за счет использования сдвоенных высокогабаритных ГЭД, объединенных
понижающим редуктором.
В США в практике строительства вспомогательных судов с ГЭУ широко приме-
няются тепловозные двигатели и дизель-генераторы.
В соответствии с требованиями Американского бюро судоходства стандартный
тепловозный электродвигатель с номинальной длительной мощностью 600 кВт и
мощностью в повторно-кратковременном режиме 750 кВт может быть использован
для работы в ГЭУ при номинальной мощности 640 кВт. Такие ГЭД широко приме-
няются на буровых судах и платформах, так как они изготовляются большими
партиями, надежны в работе и сравнительно дешевы Удельная стоимость тепловоз-,
ных машин на мощности от 600 до 2000 кВт составляет соответственно от 30 до
20 дол./кВт.
Для рассматриваемых типов судов, имеющих установки с прямой передачей,
в электростанциях обычно не предусматривается параллельная работа дизель-генера-
торов ввиду высоких дополнительных затрат на оборудование для синхронизации
генераторов и распределения нагрузки между ними, составляющих 5-6 тыс. доп.
при стоимости простейших ГРЩ6-8 тыс. дол.
В ГЭУ с единой электростанцией стоимостью около 100 тыс. дол. (включая
стоимость управляемых выпрямителей и ГЭД) затраты на обеспечение параллель-
ной работы уже не являются определяющими.
В настоящее время два из большой серии обслуживающих судов типа „Мари-
нер”, запланированных компанией „Хальтер Марине сервис” (США), построены и
эксплуатируются в районах работы морских буровых платформ и сооружений.
Предполагается использование таких судов в качестве буксиров, плавучих элект-
ростанций и контейнеровозов. При ограниченных размерах они приспособлены
к работе в любых погодных условиях, имеют неограниченный район плавания Г
139
Рис. 4.5.6. Принципиальная
схема ГЭУ контейнеровозов
типа „Сивей Прайне" (а) и
однолинейная „ схема транс-
форматорно-в ыпрямительно-
го блока (б).
Г — главный генератор; НГ —
навешенный генератор судо-
ВГ4 — вспомогательные дизель-генераторы; ТВБ1,
трансформаторно-выпрямительные блоки; ПУ - подруливаю-
щее устройство; БУ- блок управления тиристорами.
автс омносп» ДО 9000 миль. При водоизмещении 2450 т их палубная грузовмести-
составляет 825 т, а объем трюмов 185 м3. Электростанция судна в случае
необходимости может обеспечивать электроэнергией обслуживаемые буровые
установки. Предполагается, что судно с такой I на 15,5%
меньше топлива, чем аналогичные суда с ДРА.
В рассматриваемых ГЭУ используются также газотурбинные источники элект-
роэнергии. Большая энергоемкость и высокая надежность таких источников позво-
ляют создавать системы с одним или двумя агрегатами.
На рис. 4.5.6 приведена принципиальная схема электроэнергетической уста-
новки контейнеровозов типа „Сивей Прайне”. В системе использована двухвальная
регенеративная газовая турбина, разработанная на основе стационарных турбин
серии 3000 компании „Дженерал Электрик" (США) и развивающаяся мощность
9000 кВт при температуре окружающего воздуха 34° С. Бесщеточный генератор
подсоединен к турбине через понижающий редуктор.
Два ГЭД питаются от одного генератора через понижающие трансформаторы и
управляемые выпрямители мощностью по 4870 кВ • А выпрямленным напряжением
1000 В. Питание общесудовых потребителей осуществляется через понижающий
трансформатор 3300/415 В мощностью 625 кВ • А. Возбуждение ГЭД обеспечивается
от навешенного на редуктор газовой турбины вспомогательного синхронного ге-
нератора.
геиеЛтлп1е^ГВе аварийныхисточников электроэнергии установлены четыре дизель-
вых П° ^50 кВ А’ иодключенные к низковольтным шинам судо-
питание ГЭЛ РИ аварии газотУрбогенератора от этих шин обеспечивается
принимать энергию "°®ЫШающий трансформатор. Шины судовой сети могут_во^_
ТПйн"питается ^синхппииУПиРаЦИИ ГЭД| В ТОРМОЗНЬ1Х режима*. От высоковольтные
иие и отключение его oev^ КороткозамкнУТЬ1й двигатель активного руля. Включе.
Каждый ГЭД ° ю™ЛТоСсЯ С ПОМОЩЬЮ контактора.
вающихся и охлаХмых nn’J »85 В с изолянией класса В имеет два самосмаз^
охладитель. Вспомогательная подшипника, два вентилятора и один во3^1^г.
ренная для охлаждения коллектпппШНаЯ СИСТема с одним вентилятором,
н. Высоковольтное pacnpenvcTnP в ИМеет фильтр для улавливания угольной п ’
охлаждением. TpawczhnnL Во РазмеШается в четырех секциях с возДУ’
-^оршоров, блок ХоигиТХ MBeZanonjSS
по схеме треугольник-звёз/Ш,
Управления монтйру^с^^В^РЙсформатрры для собств'ЯшыГиУ^^
140 101 Же траясФорматорах7~—————
Таблица 4 5 2. Расчетные значения параметров ГЭУ
Выпрямленные значе- ния Р,кВ • А COS^? Гармонические составляющие пере- менного тока, А
*4/,В 4/. А 5-я 7-я 11-я 13-я
985 4060 4784 0,879 59 37 165 115
900 3400 4042 0,801 53 37 205 155
800 2680 3218 0,714 42 30 181 146
700 2050 2491 0,630 33 24 145 122
600 1500 1853 0,552 24 17 109 92
500 1050 1328 0,481 17 12 77 65
400 670 883 0,425 11 8 50 42
300 380 542 0,401 6 5 28 24
200 170 298 0,354 3 2 13 11
В табл. 4.5.2 приведены расчетные параметры ГЭУ, полученные при условии
изменения частоты вращения винта пропорционально выпрямленному напряжению
питания ГЭД при соответствующей индуктивности трансформатора. Из таблицы
видно, что реактивная мощность значительно уменьшается при малых частотах
вращения винта, поэтому генератор может быть рассчитан по полной мощности при
соответствующем COS <р.
В одном блоке нереверсивного управляемого выпрямителя, имеющем габарит-
ные размеры 2,1x1,2x1,8 м, размещаются две тиристорные секции. Они состоят
из пар тиристоров, собранных рядами, образующими трубу, сквозь которую про-
пускается охлаждающий воздух. Внутри трубы размещены шины переменного тока,
реакторы и ребра радиаторов. Рас-
ход воздуха 8,4 м3/мин. При по-
вреждении вентилятора включается
тревожная сигнализация.
Системы переменно-постоянно-
го тока с управляемыми выпрями-
телями и единой станцией перемен-
ного тока получили большое рас-
пространение на буровых судах и
самоходных платформах. В процес-
се их проектирования и эксплуата-
ции накоплен большой опыт, по-
зволяющий удовлетворять требо-
ваниям электромагнитной совмес-
тимости установленных частей сис-
темы.
Для компенсации реактивной
мощности в сетях с большим коли-
’чеством управляемых выпрямите-
*яей на судах и сооружениязсуказан-
Тного типа использовалось_н££кпль-
ко“ методов, предусматривающцх
применение'статических конденса-
Горов; синхронных компенсато-
ров й-генераторов с низким ко-
эффициентом мощности (0»6—и
меиеё)т
— Первый метод (установка кон-
денсаторов) , применявшийся на
Рис. 4.5.7. Принципиальная схема ГЭУ
неизменного тока.
Г1, Г2 — главные генераторы; Др1>
Др2 — дроссели; В1, .. ., В4 — выпря-
мители; Я1, Я2 - якоря' ГЭД; PH -
центробежное реле; РН1, .... РНЗ —
реле напряжения; ОВД — обмотки
возбуждения якорей ГЭД; ПУ — пост
управления.
141
йкИ используется крайне редко из-за возможных пере.
платформах ранней нашедший применение «« буровых yn-a„oDKax
напряжений в сети- Второй “^°?ния механической и электрической частей обОру.
типа „Скарабео”. требует }сл ретнд метод, который связан с увеличением
давания. Наиболее_рас^^^ р и соответственно их стоимости, но это согла-
установлёшюГмдаети генер^ сверхпере.ход1юго индуктивного сойротийле-
*суетоя с нео ходнмск-гыо повышI короткого замыкания.
^я^нгрзтог^яог^ич^ также и на судах других типов одновременно
-----^^^^^^^‘^^^смотренных выше дополнительных мероприятий по обссиеч*.
нию "высокого качества элек'^оэнергии.^ электроСтаНцией возможно также
в ГЭУ переменно-посто выпрямителей. Один из вариантов построения таких
использование неправ, • 15.06.67 г.) приведен на рис. 4.5.7.^ этой схеме
схем (штент4CCFJ ^^„ого напряжения переменного тока
«^Тс^да^образователь неизменного тока, состоящий из дросселя, кон-
^^^®^^пматооа и неуправляемого выпрямителя. Если реактивные сопро-
т23^^^^ра“равны (резонанс тока), то сила тока в трансфер.
выходе преобразователя неизменна в любом режиме работы
у™Яи7ение ГЭД обеспечивается изменением силы и направления тока в обмот-
кетсзбуждения, как в известных схемах ГЭУ неизменного тока, описанных ранее.
от разгона ГЭД, например при поломке винта, обеспечивается с помощью
реле напряжения, включенного в контур выпрямленного тока, или центробежного
реле, контакты которых отключают питание обмотки возбуждения либо закорачи-
вают первичную или вторичную обмотку трансформатора.
§ 4.6. ГЭУПЕРЕМЕННОГО ТОКА СЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ
Создание ГЭУ переменного тока с единой электростанцией возможно только
при использовании преобразователей энергии, механических (винтов регулируемо-
го шага) или электрических (преобразователей частоты). Основные характеристики
судов различного типа и назначения с такими ГЭУ приведены в габл. 4.6.1.
4.6.1. Системы с ВРШ. ГЭУ переменного тока с ВРШ появились в начале 60-х
годов в ФРГ, Италии, Испании, а затем в Японии и США. ГЭД переменного тока
в таких установках работают при постоянной частоте вращения в одном направлении.
Применение ВРШ повышает маневренные качества судна и позволяет достаточно
просто создавать системы с единой судовой электростанцией Схемы управления
в таких ГЭУ значительно упрощаются, облегчается их автоматизация, обеспечивается
полная унификация оборудования.
В ГЭУ с ВРШ широко используются высокооборотные дизель- и газотурбогене-
раторы. Как правило, при мощностях на винте более 2000 кВт применяются син-
хронные Д, позволяющие повысить КПД и коэффициент мощности системы в це-
ч!а«п1апвпиИ/СтаНОВКаМИ оборудованы многие рыбопромысловые суда, паромы,
ними гэп а’опУР°ВЫе СУДа И нн^Формь1- Недостатком систем с мощными синхрон-
ИО пуску В ™„ХТуХв™ н“ мИМЫЙ П₽" ПОНИЖ,:ННОЙ ЧаСГОТе аНаЛОГ,П'
иые “ниыеТэл прим™яются высокооборот-
через понижающий редуктоо DvrUt ГЭД’ ВКЛючаеМые обычно по два на ВРШ
пряжении генераторов nnnufn У К ИХ пР°ИЗв°Дится при номинальных частоте и на-
запускается один ГЭД я чята ДН°’ СНаЧала переключением со звезды на треугольник
го Дизель-генератора. Генеоя-Т ПрЯМ_Ым Включением второй. Возможен пуск от одно-
ным компаундировани м и ™°Р °б°РУДованы системами самовозбуждения с силь-
пуске ГЭД не превышает 11 °«1^ой ДемпФеРНой клеткой. Провал напряжения при
Установками с высокообппп^.. .Ь1СТр°Действвие системы составляет 0,1—0>2 с.
во рыбопромысловых судоп и™ “М.? асинхР<>нными ГЭД оборудовано большинст-
таких ГЭУ приведены на рис 4 a i^A ^СПании» фРГ, Японии. Принципиальные схемы
показателями. Например на тнэ НИ обладают минимальными массогабаритными
ностыо 460 кВт при частоте во^^^п тапа ”Д*енепеска” (Италия) ГЭД моШ-
142 РаЩеНИя 975 об/мин, КПД 94,6% и COS 0,87 имеют
Рис. 4.6.1. 11РИИЦИПИШЫ1ЫС схемы ГОУ переменною юн. с ВРШ
треуголХх7'ГКТО™ИСМ—•МОТОК ОТ1“,И>В ,ЭД “ 3""'Ш “
схема ГЭУ с полюсо-переключаемыми ГЭД.
4п - четыре полюса; 6п - шесть’полюсов
На траулерах типа „Хуан де Урбиста" (Испания) площадь, эанимае-
ая двумя ГЭД по 450 кВт и редуктором с передаточным отношением 6 1
00/250 об/мин), равняется 2,5x2,6 м, а высота не превышает 1,3 м. Общий КПД
таких установках при работе всех дизель-генераторов равен 88 а при работе
двух (из трех) - 86%.
На большинстве буровых судов, оборудованных аналогичными ГЭУ с мошной
электростанцией, используются высоковольтные ГЭД Пуск их осуществляется без
применения дополнительных устройств и без переключения статорных обмоток
поочередным включением напрямую при нулевом положении лопастей ВРШ. Провал
напряжения, даже когда включены два дизель-генератора, не превышает 16* В ава-
рийном режиме один ГЭД может включаться при одном работающем генераторе.
Характерной особенностью ГЭУ с ВРШ, особенно для буровых и промысловых
судов, является длительная работа при малых углах разворота лопастей или даже
при нулевом шаге, т. е. в режимах малых нагрузок, но с номинальной частотой вра-
щения. В этом случае потери мощности, приходящейся на привод одного ВРШ, сос-
тавляют 15-20% его номинальной мощности, что обусловливает значительный
расход топлива. Поэтому ВРШ при постоянной частоте вращения имеет худший
пропульсивный КПД, чем ВФШ в режимах малых нагрузок.
Фирмой „Сименс” для английского траулера была спроектирована более эконо-
мичная установка с иолюсопереключаемыми ГЭД, позволяющая сохранить высокую
производительность как при ходе в свободной воде, так и в режимах траления.
В этой установке ГЭД при работе на четырехполюсных обмотках передают через
редуктор на винт мощность 1470 кВт при 1480 об/мин, а при работе на шестиполюс-
ных обмотках — 890 кВт при 980 об/мин, что при соответствующем регулировании
лопастей ВРШ позволяет' увеличить момент на 10% по сравнению с таким же режи-
мом работы четырехполюсных ГЭД Масса одного ГЭД 4,85 т, полный КПД передачи
88 89% как при ходе в свободной воде, так и в режиме траления
Дру| им решением, позволяющим повысить экономичность установок с ВРШ,
причем даже большой мощности (более 2000 кВт), и существенно улучшить их
динамические качества, является создание секционированных ГЭД Такой ГЭД
впервые был применен на итальянских паромах типа „Кангуро”. Он выполнен из
двух размещенных в одном корпусе секций с соотношением мощностей 1 2 При
таком исполнении достигается большая гибкость в эксплуатации и распределении
мощностей в соответствии с условиями плавания и обеспечивается возможность
прямого пуска ГЭД от одного геиератора малой секции ГЭД. Пусковой ток при
этом не превышает полуторного значения номинального тока. Проектные проработ-
ки вариантов таких ГЭД с разным числом секций для других типов судов показали
их преимущества, особенно в тех случаях, когда основными режимами работы судна
являются частые короткие рейсы с переменной скоростью. Секционированные ГЭД
143
£ ГабпиЧ* 4-6-1- Характеристики ГЭУ переменного тока с единой электростанцией
Название, тип судна, страна- Генераторные агрегаты Гребные электродвигатели 1
строитель, год постройки Тип первичного двигателя Количество и мощность, кВт; COSV? Н шряжение, В; частота тока, Гц Частота вр »- щения, об/мин Количество и мощнооть, кВт Частота вращения, об/мин Количество и тип винтов
Паромы типа , ДСангуро”, Италия, 1970 Дизели 4x1740; 0,75 520; 60 450 2х (2100 + 1050) 260 2 ВРШ
Буровые суда типа „Нор- дик” и „Пеликан”, Нидер- м 5x3000; 0,8 6000; 60 1200 2х (2x1300) 5x1300 1500 2 ВРШ
лайды, 1972 145 5 ВРШ ПУ
Буровое судно „Сайпем Дью”, Италия, 1972 Буровые суда типа „Сай- пем”, Италия, 1974 6x2000; 0,65 6x2500; 0,65 6300; 60 6000; 60 900 900 2х (3x650) 2х(2x400) 2х (2x970) 5x970 1185 885 1500 150 2 КД (н) * 2 КД (к) 2 ВРШ 5 ВРШ ПУ
Буровые суда типа ,»Дис- каверер”, Япония, 1975 6x2500; 0,8 4160; 60 900 2x1480 6x1480 320 2 ВРШ 6 ВРШ ПУ 4 ВРШ в пово- ротных насад-
Буровое судно „Уимпли Силаб”, Англия, 1974 9» 2x2500; 0,8 3300; 60 900 4x750 345
Буровое судно „Анкл 9» 5x1900; 6000; 1200 2х (2x1100) ках 2 ВРШ в насад- ке
Джон”, Норвегия, 1977 0,75 60
Трубоукладчики типа „Си Троль”, ФРГ, 1974 4x3350; 0,8 5500; 60 900 6x740 2x2960 716 6 ВРШ ПУ 2 ВРШ
145
Трубоукладчик катама- ран „Касторо VI”, Италия, 1978 8x3000; 0,65 6000; 60 900 4х (2x2100) — 4 ВРШ
Плавкран „НарвАл”, Япо- ния, 1978 99 3x3300; 0,8 3000; 60 900 2х (2x1900) — 2 ВРШ в насад- ках
Краново-монтажные суда 9» 6x2765; 3300; 900 2x4400 — 2 ВРШ
типа „Бальдер”, Япония, 0,75 60 2x1480 / 2 ВРШ ПУ в насад-
1978 ках
Обслуживающее судно 99 5x1250; 440; 1200 4x1100 1 — 2 ВРШ
„Сейф Астория”, Швеция, 1978 0,75 60 2x550 2 ВРШ ПУ 2 ВРШ в поворот-
ПБУ „Сейф Астория”, 99 5x1880; 6000; 1000 2x2400 —
"Швеция, 1980 0,8 60 ных насадках
2x1500 2 ВРШ ПУ
Обслуживающее судно „Видрайк”, Норвегия, 1979 9» 2x2200 2x1650; 0,78 600; 50 1000 2x2600 4x370 1200 2 ВРШ 4 ВРШ ПУ
160
Обслуживающее судно 9» 4x2200; 3000; 900 4x2100** 183 4 ВРШ ПУ в пово-
„Тарос? Япония, 1979 0,9 60 ротных насад-
ках
Землечерпалка „Каза”, ФРГ, 1980 99 3x800; 0,77 380; 50 1500 2x747 1485 2 ВРШ
200
Суда типа „Сов” для обес- 99 5x2500; 3300; 900 2x1260/500*** 1 КД
печения подводных работ, 0,77 60 1x1500 1 КД ПУ
Англия, 1982 Буровое судно, Англия, м 6x3000; 0,75 6600; 50 1000 2х(2x2300) 1485 2 ВРШ
1980 280
Буровые суда, Финлян- дия, 1981—1985 Транспортное судно, ФРГ, 99 6x2500; 0,76 6x21 500; 0,7 4x1560; 0,8 2x10000; 0,85 4x19 000; 0,7 6000; 50 12 000; 60 750 3600 4x1400 5x1400 Зч (2x20 000) ** 110/144 2 ВРШ 5 ВРШ ПУ 3 ВФШ
проект Спасатель ВМФ, Италия, »» 6000; 60 1200 2x2000 247 1 ВРШ
проект 6600; 600 2x8100** 90 1 ВРШ
Метановоз, Франция, про- Ледокольный супертан- кер, США, проект Паровые или газовые турби- ны' 60 11000; 60 3600 2x37 000** 150 2 ВФШ
* КД - крыльчатый движитель.
♦* В качестве ГЭД применены синхронные двигатели.
**• В качестве ГЭД применены асинхронные короткозамкнутые
двухскоростные вертикальные двигатели.
Рис. 4.6.2. Принципиальная схема
ГЭУ переменного тока транспорт-
ного судна с двухсекционным
асинхронным ГЭД.
। g__ 24 последовательных пуска.
выдерживаЮЛ_ 1а .Кангуро” при работе одного
На паромах чС^1рех) включение малых сек-
генератоРаЮ00 кВт) обеспечивает ско-
ций РЭУ4 1 ^то знаЧигельно превышает малую
рость Ю уз • необходимую для сохранения
скорость и» У
>пр^Х°иеИэк?плуатационные качества ГЭУ
В выявленные в процессе эксплуатации,
паромов, в ной использования аналогичной
послужили г не тическОЙ системы боль.
структУРы проектируемых в Италии
шой “ТмГсадёв. Принципиальная схема
ХГТгано»™ с электросташщей высокого
“-^^^^'’Г^^роинь.ми ГЭД
„ значительное потребление ими реак-
"еной мощности. На буровых чадах, где приме-
™'гея большое число таких ГЭД (в том числе
и для подруливающих устройств), загрузка генераторов по полному току иногда
составляет 63 . а по активной мощности, т. е. по загрузке дизелей с учетом КПД,-
не более 40%. В связи с этим для новых буровых судов рассматриваются варианты
ГЭУ с быстроходными бесщеточными синхронными ГЭД, которые по надежности
не уступают асинхронным короткозамкнутым двигателям. Их система возбуждения
рассчитывается на обеспечение работы во всех режимах с COS<£= 1,0. Установленная
.мощность генераторов и ГЭД в этом случае выбирается по значению активной мощ-
ности, что позволяет снизить стоимость ГЭУ на 3-5% с учетом стоимости ВРШ и ре-
дукторов. В такой установке, например, на нужды электродвижения могут быть
использованы не три из пяти генераторов, как в ГЭУ с асинхронными ГЭД, а два
генератора, которые, как и дизели, работают при мощности, равной 51% номиналь-
ной, т. е. режим установки в целом более экономичен.
ГЭУ с синхронными ГЭД более эффективны, чем тиристорные ГЭУ с ВФШ,
которые имеют более высокую экономичность по сравнению с системами, исполь-
зующими асинхронные ГЭД и ВРШ, из-за отсутствия потерь в режимах холостого
хода и малых нагрузок. Капитальные затраты на тиристорные ГЭУ примерно на 10-
13% выше, чем на ГЭУ с асинхронными ГЭД, но, как показывает практика, превыше-
ние затрат окупается менее чем за год вследствие значительно меньших эксплуата-
ционных расходов на топливо.
постоянного тока, выпрямители*^ тР1н!<Ьо ₽ СТОрНЬ‘Х УС1ановках падают на ГЭД
выполнена на высоком напряжении)^?орматоры (особенно если электростанция
по сравнению с ВРШ достигается 2 ™ ры’ осаживающие дроссели. Экономия
общих с технологическим комппр^г ” Применения ВФШ. а также использования
новном на буровых судах и сооруженмхТПрЯМИТеЛеЙ’ ДР°ССелеЙ И реактоРов (в ос-
ного тока с ВРШ. Необходимость ™ристорных хуже, чем установок перемен-
щение всего обслуживающего o6oovMMZM« МТ* ка6ели предопределяет разме-
телей, что также требует увеличрниа о Вания вблиэи исполнительных электродвига-
В проекте спасатеХТс>ХТвмфТИ’ ОТВо™ой "од установку.
ной ГЭУ переменно-постоянного тока и ТаЛИи рассматРивались варианты тиристор-
на^ ВРШ. Ниже приводятся хапактрпиг-ХСТаН?гВКИ иеРеменного тока напряжением
Тиристорные ГЭУ; Р Теристи,<и обоих вариантов.
Состав оборудования
Четыре генератора по
1500 кВт на напряжение
400В ........
Масса, т Габариты, мм
Стоимость,
млн.лир
28
’46
Двухъякорный ГЭД на напря-
жение 530 В ...........
Два управляемых выпрями-
теля ..................
ВФШ..............
45
10
5
5,2x2,5x3,36
2 (2,6x0,9x2,4)
280
150
20
ГЭУ переменного тока с ВРШ:
Состав оборудования
Масса, т
Габариты, мм
Четыре генератора по
1500 кВт на напряжение
6000 В....................
Два ГЭД на напряжение
6000 В....................
Редуктор .................
Две соединительные муфты .
ВРШ......................
24
Стоимость,
млн. лир
13
14
2
6
Кабельные трассы в варианте тиристорных
будут тяжелее, так как их удельная масса в 12,5 г______, nv_
hi х ЭУ и 25 кг/м для ГЭУ переменного тока с ВРШ) из-за низкого напряжения.
Сравнение обоих вариантов по массе, габаритам и капитальным затратам пока-
зывает преимущество ГЭУ с ВРШ.
При оценке надежности ГЭУ принималась во внимание способность обеспечить
движение судна при возникновении одной или нескольких неисправностей. При этом
не рассматривались неисправности генераторов, так как в обеих установках их
несколько (четыре), а также неисправности цепи возбуждения ГЭД постоянного
тока и обмотки асинхронного короткозамкнутого ГЭД как весьма редкие явления.
Обе установки рассматривались как сдвоенные, поскольку в тиристорной ГЭУ
используется двухъякорный ГЭД, а в ГЭУ переменного тока с ВРШ - два асинхрон-
ных ГЭД, объединенные сборным редуктором.
Недостатком ГЭУ переменного тока с ВРШ является наличие одного механизма
изменения шага, в то время как исполнительная часть тиристорной ГЭУ имеет парал-
лельное резервирование. Неисправность какого-либо из устройств тиристорной ГЭУ
(якоря ГЭД постоянного тока или выпрямителя) приводит к потере 50% мощности,
но при этом обеспечивается возможность хода со скоростью не менее 70% номиналь-
ной без ухудшения маневренных качеств судна. При неисправности механизма
изменения шага необходимо фиксировать положение лопастей ВРШ. В этом случае
резко снижается маневренность судна. Таким образом, при выходе из строя якоря
ГЭД или выпрямителя эффективность тиристорной ГЭУ снижается в меньшей степе-
ни, чем эффективность ГЭУ переменного тока с ВРШ при неисправности механизма
изменения шага. При вдзникновении следующей неисправности — выходе из строя
второго якоря или выпрямителя в тиристорной ГЭУ или одного из двигателей
в ГЭУ с ВРШ последняя оказывается более надежной, так как она имеет два ГЭД.
В связи с этим считается, что с точки зрения надежности предпочтительна с
При выборе варианта ГЭУ учитывались также оперативные требования к уста-
новке: обеспечение буксировки в море, малых скоростей судна в поисковом режи-
ме. маневрирования вокруг горящего судна, стабилизации судна в точке. Прини-
малось во внимание, что обеспечение буксировочных режимов проще осуществля-
ется при наличии ВРШ. Малые скорости более экономично обеспечиваются ГЭУ
с ВФШ. Маневренные качества выше при наличии ВРШ. По стабилизации в точке обе
системы одинаковы. Вариант с ГЭД постоянного тока отличается большей слож-
ностью, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала. Тяжелый
и громоздкий двухъякорный низкооборотный ГЭД, расположенный в корме, су-
щественно затрудняет компенсацию магнитного поля судна. С учетом всех преиму-
ществ и недостатков предпочтение было отдано ГЭУ с ВРШ.
2(2x1,25x1,25)
3,2x1,9x2,16
100
110
20
150
ГЭУ переменно-постоянного тока
раза больше (310 кг/м для тирис-
. ----------— — - MJWTXWAV 1ИН1рЛ7ЛСНпЯ.
Сравнение обоих вариантов по массе, габаритам и капитальным затратам пока-
147
Рис. 4.6.3. Принципиальные схемы ГЭУ перемен-
ного тока с каскадным включением асинхрон-
ных фазных ГЭД: а - каскад постоянства мощ-
ности; б - каскад постоянства момент .
4.6.2. Системы с ВФШ. Вы-
сокая стоимость, недостаточная
надежность (особенно в ледо-
вых условиях), ограниченная
МОЩНОСТЬ и низкая экономич-
ность ВРШ при малых нагруз-
ках заставляют искать пути
построения ГЭУ переменного
тока с единой электростанцией
и ВФШ.
Поиски систем, обеспечи-
вающих плавное регулирование
частоты вращения ВФШ, ведут-
ся по нескольким направлени-
ям, предусматривающим при-
менение статических преобра-
зовагелей в главном трак™ передачи электроэнергии (в Депи статора ГЭД) и в ро-
ТС>Р'В'первом случае преобразователи частоты рассчитываются на полную мощность
ГЭД в качестве которых можно применять как синхронные, гак и асинхронные
короткозамкнутые электродвигатели. Во втором случае мощность преобразователя
может быть значительно снижена, а в качестве ГЭД предусматривается использовать
асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Исследования I ЭУ второго типа
наиболее интенсивно ведутся в Японии. В ходе их изучаются возможности использо-
вания в ГЭУ различных схем асинхронно-вентильных каскадов. Принципиальные
схемы подобных ГЭУ приведены на рис. 4.6.3.
Энергия скольжения ротора асинхронного ГЭД возвращается на гребной вал
с помощью вспомогательного электродвигателя постоянного тока (каскад постоян-
ства мощности) или в сеть с помощью преобразователя (каскдд постоянства мо-
мента) . Снижение установленной мощности этих машин и преобразователей обеспе-
чивается с помощью регулируемого трансформатора в роторной цепи.
Схему, подобную приведенной на рис. 4.6.3, б, фирма „Хитачи” (Япония) при-
менила в варианте проекта тунцслова. Исполнительная часть состояла из асинхрон-
ного ГЭД мощностью 3160 кВт, напряжением 3,3 кВ, частотой 50 Гц и высоко-
оборотной машины постоянного тока мощностью 540 кВт, соединенной с гребным
валом через понижающий редуктор.
На рис. 4.6.4 приведены схемы, позволяющие значительно уменьшить габа-
риты системы за счет снижения установленной мощности регулируемого трансфор-
матора. Регулирование частоты вращения ГЭД происходит при управлении по цепи
Рис 4.6 4. Принципиальные схемы ГЭУ переменного тока с кас-
кадным включением асинхронных фазных ГЭД и разделитель-
ным рс упируемым трансформатором судовой сети: а — схема
< <м /жующимся синхронным генератором; б схема
ггтд^льиым возбудителем В синхронного генератора.
шимы троднижеии.я; ? шины судовой сети; ССВ —
< истема с*м<>н<>
Рис. 4.6.5. Принципиальная схема ГЭУ переменного тока с комби
нированным каскадным включением астхронн^ “S
п - схема с электромашииным преобразователем; й схемГсо
статическим преобразователем. ма со
ждения машины постоянного тока, включенной в роторную цепь с одновремен-
ным изменением напряжения питания ГЭД. Шины судовых потребителей включены
через регулируемый трансформатор, поддерживающий на выходе стабилизированное
напряжение. Так как мощность ГЭД значительно превосходит мощность судовых
потребителей, габариты и масса трансформатора меньше, чем в предыдущих случаях.
Для регулирования напряжения генераторов использован трансформатор с пере-
менным коэффициентом трансформации (рис. 4.6.4, а) или реостат в цепи возбуж-
дения генератора (рис. 4.6.4, б), сблокированный с регулируемым трансформатором.
На рис. 4.6.5 приведена комбинированная схема,сочетающая достоинства элект-
ромеханического и электрического каскадов при меньшей мощности электрических
машин. Вместо электромеханического преобразователя может быть использован
статический инвертор.
Прорабатываются также варианты с включением в роторную цепь ГЭД электро-
машинных преобразователей переменно-постоянного тока, регулирование частоты
вращения которых обеспечивается с помощью преобразователей частоты со звеном
постоянного тока и непосредственных преобразователей частоты.
В настоящее, время ведутся интенсивные исследования по созданию ГЭУ пере-
менного тока со статическими преобразователями в цепи статора.
В качестве генераторов и ГЭД исследуются различные типы электрических
машин переменного тока (синхронные, асинхронные, с постоянным потоком, по-
стоянными магнитами, торцевые, дисковые, с когтеобразными полюсами, вентиль
ные и т. п.). В качестве статических преобразователей рассматриваются непосред
венные преобразователи частоты (циклоконверторы) и преобразователи частоты со
звеном постоянного тока.
схема ГЭУ переменного тока транспортно
Рис. 4.6.6. Принципиальная схема г
го судна ледового плавания.
149
пленных преобразователей (НПЧ) номинальная
При И£пользовании_ непосредствен дающего напряжения.
частота ГЭД выбирается не выше чщ проекТИруемого в ФРГ транспортного
---Па рис. 4.6.6 приведена схема МВт ШеСТЬ турбогенераторов по 30,5 МВ д
судна ледового плавания мО^н<^^1°шин От которых через НПЧ получают питание
включены на две секции спорны . сеКЦиям сборных шин подключены
сдвоенные 20-полюсные «шфонны общеСуДОвой сети с выходным напряже-
также электромашинные преобр сборных шин все три ГЭД остаются в ра-
ннем 440 В. При °™™Че'п*сПечива^гся индивидуальное управление каждым ГЭД,
X ™ » ^и'имоеп, от располагаемой мощности генераторов и
распределение ^^“^Х^ованы различные типы тепловых двигате-
Где=м =ве и способным воспринимать значительную мощность рекупе-
guSхоРоШИе маневренные
с™ Насхему ГЭУ и выбор параметров генераторов, преобразователей и ГЭД суще-
ственное влияние оказывает тип используемого ГЭД. При HH3Kof частоте вращения
преимущества имеют синхронные ГЭД. Относительно невысокий коэффициент
мощности является характерной особенностью НПЧ при любом ци е управле-
ния, любом характере нагрузки и любой силовой схеме. Син юнные ГЭД могут
работать во всем диапазоне с COS <р = 1, что позволяет наилучшим образом исполь-
зовать преобразователи и генераторы.
Аналогичная приведенной на рис. 4.6.6 схема ГЭУ применена в одном из вариан-
тов проекта ледокольного супертанкера (США) и железнодорожного парома (Фран-
ция). Дтя обеспечения быстрого реверса в схеме ГЭУ парома использованы сопро-
тивления динамического торможения. Сдвоенный синхронный ГЭД - восьмиполюс-
ный с номинальной частотой 16,5 Гц при 250 об/мин.
Недостатком ТЭУ с HI 14 является то, что при выходе из строя преобразователя
ГЭ/Тне может быть подключен к сети из-за различия частот сетевого напряжения и
ГЭД. Поэтому, если к ГЭУ предъявляется требование повышенной надежности, при-
меняют преобразователи частоты со звеном постоянного тока (ПЧТ). Выходная
частота такого преобразователя может быть равна входной или быть больше ее.
ЛЭнергия рекуперации может поглощаться в контуре с активным сопротивлением,
\ регулируемым с помощью тиристоров.
В с ^^коэффициент мощности на стороне ГЭД меньше, чем в схе-
мах с (обычно COS<^= 0,8), но на входе он больше, что позволяет снизить
полную мощность, а значит, и размеры генераторов.
Tnwa ^иеН сглаживающей индуктивности в промежуточной цепи выпрямленного
разность згих^а ~еНИЯ ВХОДНОЙ и выхоДНой частот и тем больше, чем больше
прич^и^йжщл5^^^ П^рома (Франция) предусматривает применение ПЧТ,
частота ПЧТ выбрана пяйНСйВОеННЬ,\ГЭЛ включен свой преобразователь. Выходная
зователя статор ГЭД подключается ппямоЭТ°МУ ПРИ ВЫХ0Де из СТРОЯ одного пРеобРа'
судна. Я ПРЯМО на шины станции, обеспечивая полный ход
При выборе типа преобразователя ппя r^v „
фирмой „Стромберг” (Финляндияг ГЭУ морских и портовых ледоколов
типа САМИ, в котором ппим^С₽ Оценивалась возможность использования ПЧТ
характеризующийся минимапкимюУ ИНвертор с широтно-импульсной модуляцией,
вающий хорошее качество электп потре6лением реактивной мощности и обеспечи-
метры такого преобразователя Р^шергии на шинах электростанции. Основные пара-
при напряжении 660 В следующиеО^УпМОГ° гЭД,мощностью 1,0-1,25 МВт
фициент мощности 0 65-0 93 мае ПРИ номинальной нагрузке 0,96, коэф-
В табл. 4.6.2 приведены основные Т’ габа₽Итные размеры 3,74x1,0x2,76 м.
на мощности от 250 до 1250 кВт ПараметРы финских ПЧТ типа САМИ для ГЭД
ФРГ, США, Франции рассмат-
ПЧТ, в том числе синхронных ГЭП решений вентильных ГЭД с использованием
150 Д постоянными магнитами.
”~6'2 ^1>и„тиыектгапрш<1(исПЧГттСАми
Параметры ПЧТ Мощность
Мощность, кВ - А —
Напряже- ние, В 1ок, А Масса, т Габаритные раз- электро- двигателя ,
' —‘й меры, м кВт
1600 1200 1400 2,3 3,74x1x2,76 1250
850 560 420 280 660 1400 744 490 367 245 2,1 1,4 1,32 0,7 0,6 3,74x1x2,76 2,14x0 82x2,76 2x0,82x2 76 1,64x0,82x2,76 1x0,82x2,76 1000 630 400 315 200
720
550 832 1,32 2,14x0,82x2,76 500
480 554 1,16 2x0,82x2,76 400
360 416 1,03 1,64x0,82x2,76 250
240 277 0,62 1x0,82x2,76 200
525
415 730 1,35 2,14x0,82x2,76 400
400 556 1,15 2x0,82x2,76 315
300 425 0,95 1,32 1,64x0,82x2,76 2,14x0,82x2,76 250
525 800 400
400 380 608 1,2 2x0,82x2,76 315
300 456 1 1,64x0,82x2,76 250
Варианты схем ГЭУ с ПЧТ и синхронными ГЭД с постоянными магнитами при-
ведены на рис. 4.6.7. Один из них (рис. 4.6.7, а) предусматривает использование
неуправляемого выпрямителя и инвертора напряжения с принудительной коммута-
цией. В контур постоянного тока включены зарядная индуктивность, вспомогатель-
ный конденсатор и подключающееся при реверсах тормозное сопротивление. Вы-
прямленное напряжение поддерживается неизменным во всем диапазоне регулиро-
вания выходной частоты, включая процесс торможения.
В схеме, приведенной на рис. 4.6.7, б,применены управляемый выпрямитель
и инвертор тока с естественной коммутацией от самого ГЭД или с помощью кон-
денсаторов.
Шунтирование тиристором индуктивности в цепи выпрямленного тока умень-
шает время пуска ГЭД. Исследования показали, что вариант ПЧТ с принудительной
•и коммутацией инвертора приемлем в ГЭУ мощностью до нескольких мегаватт. При
больших мощностях целесообразно использовать принцип естественной коммута-
ции. Дополнительное улучшение баланса реактивной мощности может быть обеспе-
чено в таких схемах применением конденсаторов, подключаемых параллельно ин-
верторной части ПЧТ.
В схемах с принудительной коммутацией наиболее просто обеспечивается ра-
бота синхронного ГЭД с оптимальным углом нагрузки без увеличения запаса по
магнитному потоку, т. е. без завышения габаритов и массы ГЭД. Однако масса и
габариты самого ПЧТ значительны.
Рис. 4.6.7. Принципиальные схемы ГЭУ с вентильными ГЭД: а - с принудительной
коммутацией инвертора ПЧТ; б — с естественной коммутацией инвертора ПЧТ.
СУ — система управления ПЧТ.
151
Таблица 4.6.3. Характеристики вариантов
ГЭУ
- ——— Объем, %
Элементы ГЭУ Вариант Масс а,%
ГЭД 1 2 3 100 138 107 100 143 107
Преобразо- ватель 1 2 3 100 16 22 100 16 34
ГЭУ с пре- образователем 1 2 3 100 70 59 100 39 47
В схемах с вентильным ГЭД
масса и габариты двигателя увели
чнваются, так кик с повышением
степени участия ГЭД в коммутации
возрастает объем мш-нитных мате-
риалов, но значительно снижаются
масса и габариты преобразователя
Если же для создания требуемой
реактивной мощности использовать
параллельно включенные конденса-
торы, то габариты и масса ГЭД
могут быть снижены. При этом-
увеличиваются габариты и масса
преобразователя.
В табл. 4.6.3 приведены срав-
нительные характеристики трех ва-
риантов ГЭУ: 1-е принудительной
коммутацией, 2 — с естественной
коммутацией за счет ГЭД, 3 — с естественной коммутацией и параллельно включен-
ными конденсаторами. За 100% приняты показатели варианта 1.
Глава 5
РАСЧЕТЫ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ
§ 5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ СТА ТИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК
При проектировании ГЭУ важное значение имеет правильный выбор параметров
установки. Необоснованный выбор параметров может повлечь за собой завышение
габаритных размеров электрических машин, усложнение схемы электродвижения и
недоиспользование мощности первичного двигателя.
Оптимальные параметры ГЭУ устанавливаются по результатам расчета стати-
ческих и динамических характеристик, которые выполняются для различных воз-
можных режимов работы ГЭУ.
Под статическими характеристиками ГЭУ понимают зависимости момента,
мощности, напряжения и тока от частоты вращения ГЭД для установившихся
режимов системы. Они определяются совместным действием возбудителей, гене-
раторов и ГЭД, охваченных тем или иным видом обратной связи (по току,
напряжению, частоте вращения и т. д.). Для отдельных элементов ГЭУ (генера-
торов, ГЭД возбудителей и др.) могут быть построены статические характерис-
тики, определяющие взаимозависимость их входных и выходных параметров (на-
пряжения, токи). К ним относятся внешние, нагрузочные, регулировочные харак-
теристики, рассматриваемые в общей теории электрических машин и преобразо-
вателей.
Расчет статических характеристик ведется, как правило, в такой последователь-
ности: сначала строится внешняя характеристика возбудителя. доке внешняя харак-
теристика генератора и затем механическая характеристика ГЭД
Для расчета необходимы следующие исходные данные.
Для генератора: мощность, напряжение, ток, напряжение и ток возбуждения,
сопротивление якорной цепи в горячем состоянии, характеристика холостого хода.
Для возбудителя: напряжения, токи и число обмоток возбуждения (управле-
ния) ; характеристический треугольник в функции тока нагрузки (тока возбужде-
ния генератора), определяемый падением напряжения в якорной цепи возбудителя
и размагничивающим действием реакции якоря; характеристика намагничи-
вания электромашинного возбудителя; закон управления тиристорным возбуди-
телем и т. п.
Для гребного электродвигателя: электрические характеристики и параметры,
характеризующие работу ГЭД в швартовном режиме, при ходе в свободной воде,
стоянке под током.
В ряде случаев из соображений удобства расчет статических характеристик
ведется в относительных единицах. 3< базисные величины принимаются значения
параметров в номинальном режиме. В качестве номинального режима для всех
судов, кроме ледоколов и судов ледового плавания, выбирается режим хода в сво-
бодной воде с полной скоростью. Для ледоколов за номинальный принимается
швартовный режим работы с полной мощностью на гребном валу.
Статические характеристики ГЭУ могут быть построены аналитическим или гра-
фическим методом, а также с использованием моделирующих установок и вычисли-
тельных машин. Аналитическое построение статических характеристик автоматизи-
рованных ГЭУ является сложной и трудоемкой операцией. Графическое построение
отличается наглядностью и обеспечивает вполне приемлемую точность расчетов.
Составление программ расчета статических характеристик на ЦВМ должно рассмат-
риваться как составная часть автоматизации проектирования ГЭУ. В настоящее вр<"
мя ЦВМ используются в основном при оптимизации режимов работы ГЭУ, niiipeierip
153
режимов работы частотно-управляемых асинхронных электродвигателей в составе
ГЭУ переменного тока (18].
§ 5.2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
5.2.1. Внешние характеристики электромашинных возбудителей (трехобмоточ-
ного, ЭМУ-возбудителя). Графическое построение характеристик и аналитический
расчет МПС обмоток возбуждения электромашинных возбудителей для различных
режимов работы ГЭУ приведен в [ 19].
5.2.2. Внешняя характеристика тиристорного возбудителя. Для построения
внешней характеристики тиристорного возбудителя необходимо воспользоваться
результатами расчета и выбора возбудителя по мощности и напряжению. Обычно
применяются трехфазные двухполупериодные управляемые выпрямительные мосты,
получающие питание от трансформатора. При расчетах для упрощения принимают,
что активное сопротивление обмоток трансформатора равно нулю, индуктивные
сопротивления рассеяния фазных обмоток трансформатора Хф, приведенные ко
вторичной обмотке, равны между собой, а индуктивное сопротивление нагрузки
(обмотки возбуждения генератора) £в равно бесконечности, вследствие чего вы-
прямленный tqk является идеально сглаженным. Последнее допущение для цепей
возбуждения вполне справедливо, так как отношение постоянной времени обмотки
возбуждения электрической машины к полупериоду переменного тока составляет
величину порядка нескольких сотен единиц. При таком отношении колебания вы-
прямленного тока ничтожны и ими можно пренебречь.
Среднее значение напряжения на выходе тиристорного возбудителя находится
интегрированием кривой выпрямленного напряжения и согласно ( 34] равно
1 1~з^а ЪЕът cos а + cos (а + у)
udu = ----
zr
2
для области нормальных токов может быть
3 /
ud-----~ £ттт (cosa-
7Т I
5.2.3. Построение внешней х-рак.™иигики геш
дителем. В случае применения в качестве возбудителя
Vd=2 —------ \
2л 1
~ J
а
где а - угол управления (открытия) тиристоров возбудителя; в - пространствен-
ный угол изменения напряжения и- Ерт - амплитуда линейной ЭДС; у - угол ком-
мутации тиристоров возбудителя.
На холостом ходу среднее выпрямленное напряжение равно Ud = 1,35 £/ncos ф
(t/n - линейное напряжение источника питания). При питании вентильного моста
от трансформатора или генератора, мощность которых соизмерима с мощностью
вып₽ЯМЛенного тока- Угол коммутации не равен нулю и его необходимо
учитывать при определении выпрямленного напряжения. Вследствие этого под
нагрузкой численный коэффициент 1 35 снижается пл 1 9 »
Чмаирии*. ! .. снижается до 1,2 в зависимости от Хк.
иото=^Т"РИСТ°Р"ОГ° возбудителя зависит от выпрямле*
сопР7н"левия обмотки возбуждения RB, так как ив-
On° *" в H,CIOTbK° велико. ЧТО позволяет считать ток
мдсиишно сглаженным. Следовательно
, Ц/ 3
£В я
ляющая собой ^иси^ость соелнр^<ТерИСТИКа тиРистоРНог° возбудителя, представ-
ДЛЯ Ха<™°“ ^5° в“"Р«М"е"Ното напряжения от тока £/<, = / (/<,),
—-----. построена по уравнению
1дх'ф |
£irm J
характеристики генератора с тиристорным возбу-
- —I тиристорного преобразователя
£1гт
—-— cos а
154
Рис. 5.2.1. Построение внешней характеристики генератора с ти-
ристорным возбудителем и обратной связью по току главной
цепи.
внешняя характеристика генератора U—f (Г) может быть построена следующим
образом.
Для преобразователей с „вертикальным” принципом управления угол открытия
тиристоров пропорционален сигналу управления: а= к Су[ 56]. Напряжение на выхо-
де выпрямительного моста, а следовательно, и напряжение возбуждения связаны
с углом открытия тиристоров а зависимостью, определенной в п. 5.2.2:
3 cosa+cos (д + 7)
7Г
2
На основании этих выражений можно найти зависимость Г7В = Ц/ = <1 (t/y) и предста-
вить ее графически.
Управляющее воздействие на тиристорный преобразователь, как правило, пода-
ется через усилитель, например магнитный (МУ). Знак МДС управляющей обмотки
МУ Fу подбирается таким образом, чтобы с увеличением его повышалось выходное
напряжение тиристорного преобразователя и напряжение возбуждения генератора.
На рис. 5.2.1 показано графическое построение внешней характеристики генера-
тора с тиристорным возбудителем. В квадранте / даны характеристики холостого
хода и нагрузочные Ur = /(/в.г) при / = const, в квадранте /// —характеристика
МУ иМ1у — f (Fy) и в квадранте /И — зависимость напряжения возбуждения от
угла открытия тиристоров Яв = t/j = f (а) = . В квадранте// путем построе-
ния получена внешняя характеристика генератора. Последовательность построения
характеристики показана на рис. 5.2.1 стрелками. Выбор рабочей точки опредеп»'
ется соотношением МДС обмоток управления Fy, токовой Гт и смещения F^
155
Сл
КО ДП
СИ
ДП РО
тпт
-127
220 В
2ПУ
1ЛУ
PC
квг
-----н-
_МУ2
к-
W
И
I*
Рис. 5.2.2. Принципиальная схема системы возбуждения и регулирования ГЭУ портового ледокола.
Г — генератор типа ПГ-145; ГЭД — гребной электродвигатель типа ПГ-147; ВГ, ВД — возбудители генератора и
ТЭД; ДП, РО КО — обмотки дополнительных полюсов, размагничивающая и компенсационная генератора и
ГЭД; ТПТ — трансформатор постоянного тока; КВГ — контактор возбуждения генератора; СР, СУ, PC — сопро-
тивления регулировочное, установочное, разрядное; МУ1, МУ2— магнитные усилители первого и второго каскадов;
1ПУ, 2ПУ — посты управления ГЭУ; НОГ, ТОГ, ОСВ — обмотки возбуждения ВГ независимая, отрицательной
обратной связи по току, самовозбуждения; НО, УО — обмотки возбуждения ВД независимая, управляющая;
ОСТ, ОСМ — обмотки обратной связи по току и смещения магнитного усилителя первого каскада МУ1; ОУ1, ОУ2,
ОУЗ — обмотки управления магнитного усилителя второго каскада МУ2.
Рис. 5.2.3. Расчетная
схема статических характеристик ГЭУ портового ледокола.
Для обеспечения необходимой форсировки возбуждени » __ н-шпяже-
щая номинальному току главной цепи /н, выбирается так, чго ы i; иоГ0
ние 1/в соответствовало линейной части внешней характеристики в р
5.2.4. Построение механической характеристики 1 ЭД. По внешней
тике генератора строится механическая характеристика ГЭД. Для ряда з
напряжения генератора UTj несоответствующих им токов // определяются зна е
ЭДСГд/ ГЭД
Ей = Uri -
(5.2.1)
где Ra — сопротивление якорной цепи ГЭД с учетом всех обмоток и кабеля.
При постоянном магнитном потоке Ф момент ГЭД М и частота его вращения п
определяются зависимостями
М= — Ф/; (5.2.2)
2па
Е 60а
п = ------
рМФ
(5.2.3)
где р — число пар полюсов; N — число активных проводников; а — число парал-
лельных ветвей якоря.
Для построения механической характеристики ГЭД с учетом изменения потока
возбуждения электродвигателя предварительно определяют зависимость потока ГЭД
от переменных параметров. Пример расчета механической характеристики ГЭД
с учетом изменения потока приведен в п. 5.2.5.
5.2.5. Пример расчета статических характеристик ГЭУ постоянного тока. Расчет
выполнен применительно к схеме ГЭУ портового ледокола. Принципиальная схема
системы возбуждения и регулирования ГЭУ ледокола приведена на рис. 5.2.2. Основ-
ные принципы построения схемы и описание ее элементов изложены в [ 19].
Расчетная схема показана на рис. 5.2.3. Расчет механической характеристики ГЭД
произведен для режима полной мощности на последнем положении поста управле-
ния, что соответствует работе трех ди-
зель-генераторов на два кормовых ГЭД.
В расчете приняты следующие допу-
щения: 1) в режиме полной мощности
КПД генераторов и ГЭД неизменны и
равны номинальным; 2) схема находит-
ся в установившемся тепловом режиме,
температурный коэффициент сопротив-
ления обмоток всех машин равен 1,2;
3) падением напряжения в щеточном
контакте можно пренебречь; 4) харак-
теристические треугольники генераторов
и возбудителей при любых нагрузках
пропорциональны токам нагрузки.
Характеристики винта показаны на
рис. 5.2.4.
Расчетные параметры генератора
ПГ-145 даны в табл. 6.1.2.
Рис. 5.2.4. Характеристики винта (кри-
вые 1 и 2) и механическая характерис-
тика ГЭД (кривая .?).
1 — швартовная; 2 — при ходе в свобод-
ной воде.
158
Рис. 5.2.5. Построение внешней характеристики генератора для режима
ЗДГх2ГЭД при Лд.г =810 об/мин.
Генератор — некомпенсированный; характеристический треугольник в номи-
нальном режиме (при токе якоря 1О — 1560 A, U — 400 В): падение напряжения
Д£/= 14,9 В; МДС реакции якоря, приведенная к току возбуждения генератора,
/р_я 2,45 А.
Характеристика холостого хода Ет — при лд г = 810 об/мин представ-
лена на рис. 5.2.5.
Сопротивление обмотки возбуждения в горячем состоянии
1,2гв.Г15°С= 1’2 8,2 =9,84 Ом,
где <в.г 15° С = 8,2 Ом — сопротивление обмотки возбуждения генератора при темпе-
ратуре 15° С.
Общее сопротивление цепи возбуждения одного генератора
^в.г
'в.гКр.е =
гв.г + ^р.с
9,84 - 65
9,84 + 65
+ 1,95 = 10,5 Ом,
где Rp — т = 1,95 Ом - регулировочное сопротивление; с = 65 Ом - раз-
рядное сопротивление, выбираемое равным (6 + 9)гв.г. ____
Совместное размагничивающее действие реакции якоря и размагничивающей
обмотки (при 1а = 1560 А), приведенное к току возбуждения генератора, равно
fpa3M — 1 р.я
Тд^р.о^в.г
2ри>в^в.г
= 2,45 +
1560 1
8-440
= 2,89 А,
Параметры ГЭД типа ПГ-147 приведены в табл. 6.2.1 (см. также табл. 4.2.1
в работе [ 19J).
Действие реакции якоря ГЭД компенсировано.
Падение напряжения в якорной цепи в номинальном режиме (U — 1200 ,
= 1560 A) tiUa = 49 В. ,
Характеристика холостого хода E=f(is) при частоте вращения, соответствующе
работе на швартовной характеристике в номинальном режиме, лшв — 152 о /мин,
Е _
перестроенная по выражению Ф = — в характеристику Фд—/0в.д)»представлена
на рис. 5.2.6.
Рис. 5.2.6. Построение зависимости Ф д = f (1а).
160
Сопротивление якорной цени в горячем состоянии
Ra 1,2 (Яя + Яд п + Як о) = 1,2 (0,013 + 0,008 + 0,0026) = 0,0283 Ом.
Сопротивление обмотки возбуждения в горячем состоянии
^в.д = 1»2гв.д 15°с = 1,2 • 2,4 = 2,88 Ом.
Конструктивные коэффициенты машины
ру 51650
се = = 60о 60-5 =W7S 1О’ =
с - См~ К-2,' 5•1650 = =: 0,263 10* 3,14 10
Момент потерь холостого хода на основе статистических данных в номинальном
режиме принимается равным 0,02М н:
М =0,02 См I Ф = 0,02 • 0,263 • 103 • 1560 0 276 = 1960 Н • м
п м а шв
где Фшв = 0,276 Вб - значение магнитного потока ГЭД в швартовном режиме,
определяемое по рис. 5.2.6.
Потери в номинальном режиме
Рп = рн(1 - Дд) = 1765(1 0,94) = 106 кВт
Сопротивление переходных контактов и кабелей главного тока согласно схеме
канализации ГЭУ при работе кормового ГЭД Як — 0,004 Ом
Потери в сети при токе I = 1600 А равны
Рс = ГЯК = 1600* • 0,004 « 11 кВт
Мощность на фланце ГЭД, определяемая для заданного расчетного режима ра-
боты (три дизель-генератора на два ГЭД), равна
3 3
= -----Рг-Рп - ?с = ------- (625 • 2) - 106 - 11 = 1758 кВт,
2 2
где 3 число работающих якорей генераторов; 2 — число работающих ГЭД.
Рабочие точки ГЭУ на характеристике гребного винта Мп — /(лд) при ходе
в свободной воде и работе в швартовном режиме находятся с помощью гиперболы
постоянства мощности Мп = constjfcM. рис. 5.2.4). Соответственно этой зависимости
по выражению
РП 9550 • 1758 1678 • 104
М= 9550 —— = -------------- = ------------- Н - м
л л л
определяются рабочие точки в швартовном режиме; Л/длив ~ Ю9 кН м, лд шв =
= 153 об/мин и при ходе в свободной воде: Л^.св = 82,8 кН • м, лд си — 203 об/мин.
Расчет внешней характеристики генератора производится графоаналитическим
методом в трех квадрантах (см. рис. 5.2.5).
В квадранте / строится характеристика холостого хода возбудителя Ек г =
= /(F)
Для построения нагрузочной характеристики, соответствующей работе вою
дигеля на нагрузку RHX = Еъ.г1т = const (w - число генераторов) определяют
характеристический треугольник, задавшись значением напряжения возбуждения!
161
например (1ВГ = 300 В. Найденный треугольник определяет подож(..
используемого для построения харакгериггикп UBr — f(F) <Ие Лу«<а
В квадранте II строятся характеристика холостого хода , генерВГо г °’
и луч Oi е связи между Ив г и iB r. ра г а/ (/
Для определения наклона луча Оte задаются значением U ~ .п •*-г
значение тока 8 ' * В и циъ
,а*°Дяг
I 1.95
1 --------
1 10,5
^в.г
»B.r =
'вл-
эоо
- 24,8 A
9.85
КВ.Г
t ‘ «> точку (300 В; 24,8 А) проводят луч
пдинат и найденную точ у
Через начало коо _ f(rM) эквивалентного генератора
О,'. внешней ьарактериетик» <г " '
Построение вн ,_.глпЯ и выбор параметров обмоток
швартовного режима и режим.
режиме по результатам расчета регулятор.
Ток главной пени в р потоК двигателя при этом
мощности принят равным 1588 А,
Мд,шв 109 • 103
Фшв= --------= -----------------= 0,261 Вб,
СМ1ШВ 0,263 • 103 1588
гае Мд щв = 109 кН • м и /цд F 1588 А - момент и ток ГЭД в швартовном режиме,
определяемые по рис. 5.2.4.
Напряжение генераторов в швартовном режиме
t/шв = СеИд.швФщв +/шв(Ля + *к) = 0,275 • 102 153 • 0,261 +
+1588(0,0283 + 0,004) = 1148 В.
Ток стоянки ГЭД по техническим условиям
/ст = 1,5/н = 1,5 1560 = 2340 А.
Напряжение генераторов при стоянке ГЭД
ист = 2СТ(Ra +як) = 2340(0,0283 + 0,004) = 75 В.
III ежпепепя™^13*1 точки Сст (^ст» 2СТ) находят положение луча O2d в квадранте
^оиределяющаго падение напряжения в якоре ГЭД и кабельной сети главного
Характеристический треугольник генератора при la =
Jit. !а„
1560
ст-
'разм = 2,93 •
1560 4,4 А’
переносят Г^м^^г.ХаракТеРисгическОг
Холин 45” к вд«мХеС Кв^?да?с“И“ 3,ИЧен™ тока в квадрант//
ХоТ ra,'WopaXT к°0рдинат ‘ - с.)-Луч О ./проводит™
лучаО,*. "ри Различных ^ЯОГО квадранта .Характеристические
1^2 ТОКа СХОДЯТСЯ С ПОМОЩЬЮ
В результате построений (И, и С„-С.) определятся результат™.,™,
)ЯС а ""“Р™"0" Pe*"“e 'та = %0 А; V, ,;ш. - 190 В; при етоявке F^=
ХОЛ А, ^'в.Г.СТ — В ст
МДС обмотки обратной связи по току <)( Т определяется как
__ + к .о
ос I WO'т
Г(Х 1
МДС обмотки самовозбуждения ОСН определяется в предположении линейнос-
ти характеристики ил г — f (F) в рассматриваемом диапазоне иГл,™ ж V
-----------TJvB ''В •Г*
t/B.r
ОСВ ” ~ 7 И'ОСВв ^ОСВ^ВХ-
iga/njy госв
где mу, тр масштабы переменных, a tg а характеризует угол наклона характерис-
тики к оси абсцисс.
Составляем систему уравнений
Гшв - ГНОГ + ^ОСВ^в.г.шв - *ОСтАпв;
Fct - ^НОГ + fcoCB^B.r.CT “ *ОСтЛл-
Приняв МДС независимой обмотки генератора /'НОГ ~ 1450 А и решая систему
уравнений
960 = 1450 + 19JtOCB ~ 1588*ост;
285 = 1450 + 65&осв ~ 2340*ОСт.
находим £осв = 2,02, *ОСТ = 0,548, откуда FOCBniB = 984 А и ^оСТшв = 874 А-
По этим данным строятся лучи Оби//, (см. рис. 5.2.5).
Построение внешней характеристики производится для ряда последовательных
значений 1а. Ход построений для 1а = -1400 А показан стрелками на рис. 5.2.5 (циф-
ровые обозначения от 1 до 1О).
Определение зависимости потока ГЭД от тока главной
цепи. Нагрузкой обмотки возбуждения возбудителя двигателя является постоян-
ное сопротивление RH = гв д + гдоб = 2,88 + 0,16 = 3,04 Ом (гцоб = 0,16 Ом - доба-
вочное сопротивление в цепи возбуждения двигателя). С учетом значения этого
сопротивления аналогично рассмотренному выше строится нагрузочная характерис-
тика возбудителя.
Возбудитель двигателя имеет две обмотки возбуждения: независимую, питаю-
щуюся от генератора постоянного напряжения, и размагничивающую, получающую
питание от двухкаскадного магнитного усилителя.
Размагничивающая обмотка ослабляет поток двигателя при переходе от швар-
товного режима к ходу в свободной воде.
Магнитный усилитель первого каскада МУ1 (см. рис. 5.2.2) имеет две обмотки.
Ток в обмотке управления ОСТ пропорционален току главной цепи 1а. Обмотка
отрицательного смещения ОСМ обеспечивает „отсечку по току”, благодаря которой
ток выхода МУ1 начинает возрастать только при достижении током 1а значения,
близкого к току при ходе в свободной воде.
Нагрузкой МУ1 служит обмотка управления ОУ1 магнитного усилителя второго
каскада МУ2. Обмотка отрицательного смещения усилителя МУ2 (обмотка ОУЗ)
обеспечивает получение тока выхода, создающего минимальный поток ГЭД при зна-
чениях /д, меньших, чем ток настройки усилителя МУ1.
Отрицательная обратная связь по току возбуждения ГЭД (обмотка ОУ2 усили-
теля МУ2) позволяет получить необходимые форсировки как при увеличении, так
и при уменьшении потока ГЭД.
й характеристики 1 ЭД
Таблица 5.2.1. № млътатыра^-- Противо-ЭДС ГЭД> в _ Магнитный по- ток гэд, вб Момент на фланце, кН м Частота врПще. НИЯ, Об/мцн
цепи, А 0 261 257 255 254 253 251 244
0 500 1000 1200 1400 1480 1450 1390 1320 1280 1240 1210 0,209 0,198 0,188 0,183 0,177 0,175 0,177 0 195 24 47,5 55,9 63,2 66,3 68,0
1500 1190 76,0 220
1520 1180 0,230 92,0 185
1540 1168 0^254 0,271 0 283 102,0 165
1560 1156 110,1 153
1580 1142 117,0 145
1600 1131 0^302 0,305 0,306 0,309 133,0 127
1700 1900 2100 2340 1060 867 543 0 150,5 167,0 188,0 103 64 0
Расчет зависимости Фд = f (D производится графически в четырех квадрантах
(РЙСВ5квадрате I строится характеристика холостого хода £в.д = / (Л при работе
возбудителя на обмотку возбуждения кормового ГЭД
В квадранте II строится кривая намагничивания ГЭД Фд — J ив.д)’и по Х°ДУ
ракета получается зависимость Фд = f (la)! Олуч пропорциональности между
t/B и j в д. Тангенс угла наклона его к оси абсцисс определяется значением сопро-
тивления кв.д = UB jji в.д.
Отрезки, заключенные между лучом Огс и осью ординат, определяют ток обрат-
ной связи обмотки ОУ2 в масштабе квадранта IV. Для определения наклона луча
необходимо знать коэффициент усиления обмотки ОУ2 А<)У2- Значение &ОУ2 опре-
деляется при расчете регулятора мощности:
*ОУ2= 0,948 10"3.
^в.д.шв
Ь адрантс III стройся характеристика магнитного усилителя МУ1 с учетом
действия обметки смещения ОСМ.
Направление луча Otd произвольное. Он служит для согласования масштабов
< у И
т. ш,роится характеристика МУ2 с учетом смещения, величина ко-
пои расч< гс Р^улятора мощности. Луч he соответствует нагрузке
мдсгэдДуч °*'
Построение ntfK ir j п ОУ2 1 МУ 1 из квадранта /Г в квадрант/Г/.
тока гэд
П » с г р о с кием с хя Р 5,2‘6 (Т0ЧКИ 1 - 11)-
*’« механической характеристики0 ^КОЙХаРактеристики ГЭД- При рас-
главной >ц-пи 1а и по кривым (J а^аются последовательными значениями тока
соответствующие значения ЭДС м ' и фд = f da) на рис. 5.2.5 и 5.2.6 находят
Момент на фланце и частп^‘“НИ1НоГо пото»<а кормового ГЭД.
<5.2.1) ^5-23>. Результаты вычиспРаи£еНИЯ определяются по выражениям
ных этой таблицы на рис. 5.2.4 Лсний сведены в табл. 5.2.1 и на основании даН'
ГЭД в режиме полной мощности (криваяа^)МеХаНИЧеСКаЯ ХаРактеРистика кормового
164
§ 6.3. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
5.3.1. Расчет внешних характеристик синхронных генераторов. Известные меги
ды расчета внешних характеристик синхронных генераторов неявнополюсною и
явнополюсного типов с независимым возбуждением основаны иа использовании
векторных диаграмм [ 21].
Если расчеты не требуют повышенной точности, пользу инея приближенными
аналитическими выражениями семейства внешних характеристик, получаемых
из упрощенной векторной диаграммы синхронно! о генератора.
При постоянном возбуждении семейство внешних характеристик синхронного
генератора в системе относительных >.динид определяется как
81П (<р+0) = 1.
Здесь Ux — напряжение холостого хода генератора, соответствующее выбранному
току возбуждения; 1К установившийся ток короткого «хыкаиия генератора;
ip — угол между векторами напряжения и тока нагрузки синхровного генератора;
в = arctg
, где xj - активное и синхронное индуктивное сопротивления
генератора.
Задавшись различными значениями угла tpj = const и вычислив предварительно
по Tj и ;у значения угла в, можно получить внешнюю характеристику генератора
для заданных условий.
5.3.2. Определение характеристик генератора при веремеяиых параметрах. При
питании электродвигателя переменного тока от синхронного генератора соизмери-
мой мощности изменение нагрузки вызывает значительные колебания напряжения
которые влияют на момент, развиваемый двигателем Для решения встречающихся
в практике проектирования двух задач: 1) определения напряжения генератора при
постоянном токе возбуждения и изменяющихся значениях частоты и нагрузки;
2) определения тока возбуждения генератора для заданного напряжения, часто-
ты и нагрузки целесообразно воспользоваться методом, предложенным В. Т. Кась-
яновым. В основе метода лежат зависимости,
определяемые специальным построением из
векторной диаграммы, и характеристики холос-
того хода генератора ] 32].
Согласно указанному методу по рис. 5.3.1
находят
ВС к0 г
tgP= " zz — ~иСнг
АВ Оу- xs)C
(гнг+гОсовф
/tsinip
где к0 - масштабный коэффициент^ = F0/F§0;
jy - синхронное индуктивное сопротивление
генератора по продольной оси при частоте /н;
Ху — сопротивление рассеяния обмотки статора
при частоте /н; гнг, % — активное и индуктив-
ное сопротивления нагрузки генератора; г\
Рис. 5.3.1. Характеристик»
лостого хода генератора.
№
обмотки статора генер81^^'
активное
JwJZL- ; Sin^- J7
COS^=
— у/(гяг т' 1 ’ —
Xq синхронное индуктивное сопротивление генератора по поперечной оси- £•
внутренняя ЭДС синхронного генератора по продольной оси. Id —
Построив угол р с вершиной в точке А, соответствующей току возбуж»
определяют продольную МДС якоря Fa(j в виде отрезка &А. Ток генератора еИ,И1.
сительных единицах °гно-
fad
/r" C(xj~*Psin^
Напряжение генератора
(•*Нг/
Момент генератора, определяющий нагрузку первичного двигателя,
-1
нг
Мг = 5^008 0 (Хиг +Xq)Sin$ +
Онг + G )COS ф
где — —————— .
COS^h+G
Сущность метода достаточно ясна из приводимых ниже примеров.
5.3.3. Определение полной МДС (или тока возбуждения) по заданному напря-
жению и сопротивлению нагрузки. Для генератора типа МС 99-8/8 мощностью
700 кВт и напряжением 400 В с параметрами г, = 0,0079; xs = 0,062; xj = 1,282;
Хд = 0,722 определим полную МДС Гп при U„, COS ф = 1,0 и /, = 1.
Сопротивления нагрузки
^нг — ^н//н — 1»0; гнг ~ ZHrCO5^p — 1,0; хнг 0.
Подстановка численных значений сопротивлений в выражения для Z ф, COS 0 и
Sin ф дает
7Онг + г,)1
Г 70,0+0,0079)1 + 1,0’ • 0,7224' = 1,234;
1 1 + 0,002 79
COS Ф = ~-_t£
Z ф
sin фа
Z 0
Bw„p«TOe ад „„ „р„до„,„ой осн
P частоте/, определяется по выражению
idfi /(rHi +rl)cos0 + z(x +r e- .
y nxy +xHr;/1sin 0 =
’ 1.0 (1 + 0.0079) -o ria Л
На рис 5 3 2пвепст ’ °’°62'0’585 = 0,859.
P Шавлена характеристика xn
По оси ординат отклалкш лостого хода генератора МС 99-8/8-
^'МЯС"отР“ок,равнийЛ^_ 0.859
f - ~Тп~ = °’859’ кОТОрыВ
0,816;
1,234
0,722-1,0
U3~ = °-585-
166
1
соответствует МДС F\d 0,764. Деле-
ние на частоту/, производится < целью
использовании характеристики холос-
того хода, снятой при номинальной
частоте вращения. МДС реакции якоря
определяется выражением
Fad ~ С1ха(1&М\ф -
- cI&d- Ху)sin ф.
Если характеристика холостох о
хода генератора построена в относи-
тельных единицах и за единицу МДС
принята действительная МДС холосто-
го хода Ffi0, а не МДС Fo, взятая по
спрямленной характеристике, то С =
= Fo/Fbo — 0,84. Следовательно,
f'ad ~ 0,84(1,282 - 0,062) - 0,585 =
= 0,6.
Полная МДС находится как сум-
ма F\d + Fad
Рис. 5.3.2. Построение угла 0 и определе-
ние МДС возбуждения по характеристи-
ке холостого хода для генератора типа
МС 99-8/8.
МС 99-8/8 (см. рис. 5.3.2) при полной
,0, гнг = 0,03, Хнг = 0,129
Fn = F’id + Fad = 0,764 + 0,6 = 1,3*154.
5.3.4. Определение напряжения при
заданном полном токе возбуждения
генератора (при полной МДС). Для генератора
МДС Fn — 3,0 напряжение и ток при f\ = 0,5, COS = 1
определяются следующим образом:
^ф — х/(^НГ + ^1)3 + /1 <Анг +
= 7(0,03 + 0,0079)4 + (0,129 + 0,722)2 • 0,5р= 0,425;
COS ф =
гнг + Г1
Z ф
0,03 + 0,0079
0,425
= 0,089;
/и
. (Хщ + JQ/)/ j
Sin ф = --------2--
2ф
(0,129 + 0.722)-0.5 = о>998
0,425
Из точки й (см. рис. 5.3.2),-соответствующей на оси абсцисс полной МДС,
под углом Р проводится прямая й</ до пересечения с характеристикой холостого
хода. Угол Р определяется из выражения
[ (*нг + ) CQS ф + (xs + Xht)/i sin ф]к0
tg(J=
[ (0,03 4- 0,0079) • 0,089 + (0,062 + 0,129) • 0,5 • 0,998] 2,5 _
0,5 • 0,84(1,282 - 0,062) • 0,998
откуда Р = 32° 20'.
Из точки q опускается перпендикуляр qg и отрезок gh дает МДС Fa(j - 2-5 b-
Если ЭДС и МДС, выраженные в относительных единицах, имеют разные масштабы,
то при построении угла Р необходимо ввести масштабный коэффициент.
167
По Fa(j определяется ток
2,56
Fad =____________
CxadSin ф 0.84 (1,282 - 0,062) 0,998
2,52
„ напряжение генерал»_5д,К6ГПо35ГоЗР’= <>.'8.
1/= /ч'м^ЛЙА’ ’
генератора с системой автоматического
,с внешних характеристик теристики автоматизированного
5-3-5- Расче1п® определения внешне*‘ *еГО регулировочных характеристик,
регулирования. >о располагагь е^1ей^)® еНИЯ на зажимах генератора при f =
генератора необ р значений напр Очных характеристик системы
рассчитанных Для Р const и семейством Р У и cOS Точки пересечения
тому жс иапряжевню’ °п₽еиеляют внешнюю
Х^риХТ^нТратора. иггик генератора производится аналогично
P Ser регулировочных^Р^Хшыо векторных диаграмм для различных
расчету внешних характеристик
значений Пи cos Ч>- компаундирования судовых синхронных генера-
В системах самовозбуждения и ю™ 'магнитное суммирование составляю-
торов используется и току статора генератора. Суммарная МДС
мдс 11151 F^:
или
Fx~
+ \
ме^йГкпиипп^ ГК М ВЫХОда силового выпрямителя; В - текущее значе-
по току- В гасчега намагничивания стали; - коэффициент выпрямления
моп<Т™ЖТОатопТТ значение «ндукции; W, число витков вторичной об-
ного суммирующего тргшсформ"“да 7"°^ МаГНИТНОГО поля 8 стали трехобмоточ-
в стали трансформатора ₽ р ’ 'СР средняя длина магнитной силовой линии
Задаваясь значениями индукпиы и «
стали трансформатора соответстн И определяя по кривой намагничивания
кого поля, рассчитывают зависимость^_ЭТ°Му значе»ию напряженность магнит-
fB.pac ~ ^Fl)- С помощью соотношения /в.с =
~ /Г* и кривой В = ftp
₽ас находят зависимость между током на выходе сило-
Г‘'~^вХт„Тмобммоя-»^/<^.
так и от тока " обмоток согласил г oi
асно [ 2] зависит как от напряжения,
г -1
+ 2IW '*U -а • Л
3 Пг/--------/Г~* w3 Siп 0 S1П (/>,
иф.нР/
^SinSp
—
/в^з^авля^ и.
яярововдм^р^ими токГ®"“ ®и‘«пртае™"",аЛЬНОС фазиое *а1Ч>яженяе:
^ерат°₽а> Для тех же V°He’ пРИнятом при расчете регу
еличин напряжения рассчитывают
суммарную МДС первичных обмоток,
с помощью которой ит кривой /в (
= f находят соответствующий ток
на выходе < илово! о выпрямителя, т е
определяют искомую регулировочную
характеристику системы комшундиро
вания/в#с =/(/) при U= const
Полученные регулировочные харак
теристики системы компаундирования
совмещают в одной координатной сис-
теме с характеристиками синхронною
генератора (рис. 5.3.3). Точки пере-
сечения кривых при равных значениях
напряжения определяют точки внешней
характеристики генератора, которую
перестраивают в системе координат U =
Рис. 5.3.3. Семейства регулировочных
характеристик гоиретира (сплошные
кривые) и системы к ч фундирования
(штриховые кривые).
= /(/)•
5.3.6. Механическая характеристика
асинхронного двигателя. Механическая
характеристика асинхронного двигате-
ля при частотном управлении опреде-
ляется двумя внешними факторами:
частотой и напряжением переменного
тока. Частота тока зависит от заданного режима работы, а напряж-ю*' — от .стоты
и нагрузки.
Согласно работе [12] характеристики асинхронного двигателя при частотном
управлении могут быть определены по следующим выражениям.
Момент двигателя
где
6t/y2
(5.3.1)
COS^H-ri
a=[Car1]3+/’(Xi+C1x;)2-; 0=2^/,;
М=
" соответственно напряжение, частота тока, активное и индуктивное
сопротивления статора; г'3, --Значения приведенных к статору активного и индук-
тивного сопротивлений ротора; s — скольжение двигателя; хм — индуктивное
сопротивление контура намагничивания. Здесь и далее все параметры выражены
в относительных единицах
Во всех случаях, за исключением самых низких частот, при расчете по приве-
денным выражениям членами в квадратных скобках можно пренебречь ввиду их
относительной малости.
Критическое скольжение
(5.3.2)
Максимальный момент
Мк —
Л(0±2^)
(5.3.3)
169
лнир тШГЯТеЛЯ КЯК НЯГрУЗКИ МОЖНО ПОРггг«тх
Эквивалентное сопротивление двжнтел пРе«стаВить
в виде
1
нг= v
7НГ
= ГНГ +^-*НГ’
(5.3.4)
где
'-нг =
8нг
gur + ^нг
л'нг —
^нг
^нг + ^НГ
+ г'3 +
нг
л 7
as +@+ —
S
Г2
^кг ~
f
as + (3+ —
s
Здесь, как и ранее, выражениями в квадратных скобках можно
относительной малости.
Модуль тока статора
пренебречь ввиду их
Коэффициент мощности
^нг
нг + лнг
(5.3.5)
1
COS(/?= —
\/Г+ tg5^
(5.3.6)
где tg ф-
<нг гнг
гока статора U коэЛАш^Н” Ф°РмУлами, можно с--------
Р коэффициента мощное™ nJ. ' знамени
Пренеб Двигателя при любых частотах
герис'-мк ^ТИми Формулами1 ’ Можно еи*е более упростить формулы
Формой паэяИНХР0ННЬ1Х двУхклеточных пниг Пользоваться также для расчета харак-
симости коэл!ьМе,0ЩИХ ПеРеМенные папам ателей или двигателей со специальной
циента умены/^ШеНТа увеличения активы1₽Ы ротора- ^1Я этого нужно знать зави-
Значенияг" - / И1ИНДу,КТИвного сопротивп™ сопротивления ротора Кг и коэффи-
том изменяй 'USS? РОТОра ** от частоты тока ротора-
при/ = о) ’ФФнциентов к и к , п°дставлять в полученные формулы с уче-
5.3.7. ь.__ ИЛ| (»>»*',. - значения сопротивлений
Jao- Синхронный япив СИНхР°ниого ГЭД к-
т*кже может быть п 0Полюснь1Й ГЭЛ пп„ ЭКвивалентному асинхронному двигать
Риведен к эквиваленты Наличии пусковой обмотки на роторе
^0 ОмУ асинхронному двигателю с двойно
Формулами, можно рассчитать значения момента,
и напряже-
Янг ~
.
клеткой. Из схем замещения синхронного ГЭД в асинхронном режиме имеем
Yad
jxad
rkd!sa _ Xkd
rf/aa______ _____ xf
<r’flsa)2 + х* (r‘f/Sa)*+x} ’
Yd = Yad + Ykd+ Yf gd~ ibd;
zd = rd + jxd= ---*—
g2d + b%
bd
g2d + b%
1
Yaq — •
xaq
rkq!s *a . -44
(Дд/*а) 9 + x2kq (rkq/sa) 2 + x*
Yq ~ Yaq ~ Ykq — gq~ jbq',
Zq~ rq+ixq~
-*4- +i-b‘>
4+i«
В этих выражениях r^d и x^d — активное и индуктивное сопротивления пуско-
вой обмотки по продольной оси; rf и xf - активное и индуктивное сопротивления
замкнутой обмотки возбуждения; г/щ и х^ - активное и индуктивное сопротив-
ления пусковой обмотки по поперечной оси; “ абсолютное скольжение, отнесен-
_nt - п Ц
ное к номинальной частоте, которое определяется выражением s-----------------;
а «хн Ли
g&>gq и bd„bq - активные и реактивные проводимости роторных цепей синхронного
ГЭД по продольной и поперечной осям соответственно.
Суммарное эквивалентное сопротивление роторных цепей синхронного ГЭД
rd + rq xd + xq
2Э = r3+jx3 = —------+/ —;------
Полное сопротивление эквивалентного двигателя при частоте f t н
Zn = ri +J'xs + <гэ +^хэ) = rn +7^;
при частоте , отличающейся от номинальной,
5 3 8 Приведение параметров ГЭД к базисным величинам генераторов. Экви-
валентные параметры ГЭД приводятся к базисным величинам генераторов.
1?1
„„ равен огношсиию суммарной мО1ци,>СП1
-*г^&ГЭД:
генераторов к . 2У г.н
*пр = урп и
потное сопротивление ГЭД и ток генераторов:
Приведенное эквив
1 -Z кпп = *пр <ГНГ + /*нг> - гпр + /*пр;
Znp = zHT*np “Р
д.н
г Д m/r.H
, , - номинальные токи ГЭД н генератора; т- число работающих генем
где/длуТг.н л ра'
^3.9.
Полученных по выражениям (5.3.1) (5.3.6) при номинальных частой
S Хяженя^для случаев питания двигателя от генератора соизмеримой мощност„
при частотах и напряжении, отличных от номинальнь х, может ыть выполнен с по-
мощью внешних характеристик генератора.
Расчет производится в следующем порядке. Задаются значением частоты тока
в роторе /„ = sfi. Определяют соответствующие этой частоте значения тока и cos^>
двигателя. На рис. 5.3.4, где представлено семейство внешних характеристик генера-
тора, находят точку А, которая соответствует полученному значению тока и номи-
нальному напряжению. Луч О А, проходящий через начало координат, будет опреде-
лять зависимость между напряжением на зажимах двигателя и его током (двигатель
рассматривается как постоянное сопротивление). Точка пересечения луча О А с внеш-
ней характеристикой генератора, соответствующей полученному COS </> и принятому
значению тока возбуждения генератора i3 r (например, точка В на рис. 5.3.4), опре-
делит искомое напряжение и ток двигателя. Фактический момент двигателя полу-
Рис. 5.3 4 Ви
'«•хролкогогенХм.^'Рисглкн
чается умножением значения момента
при номинальном напряжении на отно-
шение (С// С/н)3. Задаваясь рядом зна-
чений частоты тока в роторе ГЭД, можно
построить требуемые зависимости мо-
мента и тока двигателя, а также опре-
делить закон изменения возбуждения
генератора.
J5.3.1O. Оптимизация на ЦВМ режя-
мов работы частотно-управляемых
электродвигателей. Задача нахождения
оптимальных режимов частотного управ-
ления эффективно решается с помощью
методов нелинейного программирования
[50]._Выбор наиболеецелёсообразпог
закона частотного управления асинхро
ным ГЭД следует проводить по обо
Щенным критериям качества, кОТ°Р .
можно представить в виде алгебра
кой суммы критериев, взятых с °
Деленными весовыми коэффиние
Критериями качества могут быть
мальные потери двигателя, его ga.
мальный ток, минимальные м^^чеНиЯ
ритные показатели и т. п- леЛя»от
весовых коэффициентов kj опр
172
м плоские™ ypKJy₽Ha" СХема ,1ОИСК* оптимальною КПД Конец
Нет
окончен ли диапазон поЛ/
Нет
Нет
значениеМ
2
Проверить, окончен ли диапазон по V
Проверить следущее значение у
____ На печать
____1__________________________|д»
Проверить, окончен ли поиск по г I
важность частного критерия Jj при
оптимизации ГЭУ и его влияние на
п
обобщенный критерий J = S kjJj.
При правильном подборе соответст-
вующих коэффициентов kj ГЭУ мо-
жет быть спроектирована достаточ-
но экономичной и с минимальными
массогабаритными показателями.
Поиск оптимальных режимов
частотного управления по какому-
либо частному критерию качества
проводится в ограниченных облас-
тях изменения управляющих пере-
менных - напряжения и частоты.
Эти области определяются усло-
виями, являющимися в’общем слу-
чае нелинейными функциями управ-
ляющих переменных.
Для ГЭУ с преобразователем
частоты и асинхронным ГЭД огра-
ничивающие условия сводятся
к следующим:
Рис. 5.3.6. Ход поиска оптимальных зако-
нов частотного управления на плоскости
5аРДЛЯД/.
173
rvobi обмотки статора должно быть не бзд-,
мнение температур ° ой расчет двигателя не провод^
1) среднее п«»“Ч, , слу«е, «л» Т'^Ж11Ы превышать допустимые (Др":
safes* — -»~
^^о”»°нЙ“гМ №"жна 6ЫГЬ “ Ме,,ЬШе
3) перегрузочная - жно быть не более допустимого для д.
<**?.— вв'™Гтнног<«двигателя (U. < и i доп); н
4) напряжение ^тЫ и для.да» 10 больше максимально допустимой и Не
преобразователя частоты (Г, »
преобразователя должен быть не больше допустимого для
пяиногопреобразователя частоты (/> i систеМЫ преобразователь частоты -
^После того к^пд^>с”н^еобходимо решить задачу обеспечения оптимальных
рс^мов^^<^м^^^в °®управления может быть сформулирована
Р Задача оптимального частотно скости W (V - */Лн ' относительное
следующим образом: для люоои М/М относительное значение момента на
значение частоты вращенияi 1 ДД,знаЧеНие абсолютного скольжения ла и
валу двигателя) н^бх°^н°ия^ТНОсительной частоты £ = Д/Лн и относительного
соответствующие ему значения опредсляемой ограничивающими условиями,
напряжения 7 = U/Um в ,л’.,я.гРпя было экстремальным.
чтобы значение оптимизируем следующему. Плоскость разбивается на мно-
Решение ”• "Д““ каждой координате. Например, Др=
жестзо кмдратав стегах сторона квадрата может быть уменьшена)*
- дд-и,1 (При оолсе диапазоном изменения и шагом по каждой
™ —>квадра-
™ “fwy^pUJ’XM^TOHcKa оптимального КПД на всей плоскости РЦ представ-
лена га рис. 5.3.5. Как видно из рисунка, ЦВМ отбрасывает точки, в которых сфор-
м’/лироваяные выше ограничения не соблюдаются.
В качестве примера ход поиска оптимальных законов управления на промежу-
точных этапах решения згой задачи показан на рис. 5.3.6, где на плоскости saV отыс-
киваются оптимальные значения £/.- и Уц, определяемые для вершины квадрата
V/, ш плоскости РД. Для нахождения ряда значений частот £, используемых при
поиске, значению частоты вращения, равному Р(1. - £а.н), даются последовательно
приращения /иД£, где т номер шага. Обычно эти приращения берутся равными
абсолютному скольжению га. Для каждой текущей совокупности значений' zlnsal и
Д/ находятся все необходимые показатели двигателя, в том .числе 7/ — оптимизи-
руемый параметр ограничения. При достижении оптимизируемым параметром
экстремального значения, и соблюдении ограничений поиск данной точки V/, MJ-
прекращается и осуществляется переход в следующую вершину квадрата V/ +1, MJ-
Опрсш пение оптимальныл значений % и у для множества точек плоскости УД решает
общую задачу оптимального частотного управления, т. е. формирует необходимую
для исполнительного механизма механическую характеристику и обеспечивает при
лом оптимальный режим работы двигателя [ 18].
Таблица 5.3.1. Винтовые характеристики ГЭУ
При хода в свободной воде
6
8
10
12
14
16
Частота ара
тения греб
нот вин га,
об/мин
43,2
57,6
72,2
96,S
104
12Q
Мощность
ня фланце
ГЭД, кВт
212
504
980
1800
3170
4800
Мощность,
потребляе-
мая ГЭД,
кВт
218
510
1010
1850
3260
4940
В швартовном режиме
Частота вра-
щения греб-
ного винта,
об/мин
20
40
60
80
90
100
Мощность
на фланце
ГЭД, кВт
35,8
283
955
2260
3940
6350
Мощность,
потребляе-
мая ГЭД,
кВт
36,8
290
966
2282
4050
6500
174
Рис. 5 3.7 Кривые
ности, «огребянемой
его вращения.
заЛимо< ти мощ-
* ЭД, or час юты
5.3.11. Расчет характера
ременного тока н установившихся режи
мах. В отличие or I ЭУ по< гояиною тока
особенно автоматизированных, для 1'ЭУ
переменного тока с частотным унравлеии
ем, осуществляемым за счег рыулирова
ния первичного двигателя,не представля-
ется возможным получить характеристи-
ку постоянства мощности в диапа лик ха
рактеристик гребною винта от швартов-
ной до характеристики, соответствующей
ходу в свободной воде. Это обусловлено
тем, что частота вращения ГЭД жестко
связана с частотой вращения генератора,
а при изменении последней изменяется и
мощность первичного двигателя. Попо-
му мощность ГЭД выбирается иСходя из
режима хода в свободной воде.
Расчет статических характеристик
выполняется графически при допущении,
что момент первичного двигателя, приве-
денный к гребному валу, остается посто-
янным при изменении частоты вращения
генератора. Такое допущение возможно,
если учесть, что значения КПД генерато-
ра и ГЭД мало изменяются при измене-
Ривт
• ОНО,
нии их мощности и частоты в пределах от 50 до ЮО®- номинального значения.
Исходными данными для расчета являются гидродинамические характеристики
винта и расход мощности на вспомогательные нужды при наличии отбора мощности
от шин электродвижения.
Статические характеристики рассчитываются для двух режимов; режима работы
ГЭД при питании от всех дизель-генераторов и режима работы ГЭД при питании от
части дизель-генераторов.
Расчет статических характеристик выполняется в такой последовательности.
Определяют мощность, необходимую для нахождения момента сопротивления
гребного винта при работе в режиме, соответствующем ходу в свободной воде. Ана-
логично определяют мощность, необходимую для преодоления момента сопротивле-
ния гребного винта в швартовном режиме. Расчет ведется на основании гидродинами-
ческих характеристик винта, которые приведены, например, в табл. 5.3.1
По данным таблицы на рис. 5.3.7 построены кривая гдсв =/гля) зависимости
мощности, потребляемой ГЭД, от частоты вращения гребного винта при ходе в сво-
бодной воде; кривая Р„ шв — f (лд) зависимости мощности, потребляемой ГЭД,
от частоты вращения гребного винта в швартовном режиме; кривые Р4Г = f (лг)
и Рзг = f (лг) зависимости мощности от частоты вращения первичных двитате-
лей при работе соответственно четырех и трех дизель-генераторов на один ГЭД
Точки .4 и В на кривых, соответствующие номинальным значениям мощности и
частоты вращения генераторов (f — 50 Гц), соединяются с началом координат, атем
Таблица 5.3.2. Параметры ГЭУ для основных режимов
Режим Частота , вращения гребного винта, об/мин Мощность, потреб- ляемая ГЭД, кВт Отбор мощ- ности, кВт Мощ- ность генера- торов, кВт Количест- во рабо- тающих генера- торов Частота вращения генерато- ра, об/мин Частота перемен- ного то- ка, Гц
Ход в свободной воде 118 120 105 110 4550 4940 3150 3350 300 0 275 0 4850 4940 3425 3550 4 4 3 3 692 750 656 687 48,5 50 43,7 45,8
Швартов- ный 90 92 3500 3750 250 0 3750 3750 4 4 562 563 37.5 38.1
1 75
1 Г©
г”‘* дщ
з «висимоети мощности, развиваемой
, р' = /<йг> '. И потребляемой всномогаг
^„еякряэь-? 4,7mS“ °“ИЧЙ"УопТвепомогатеявные нужды, от
Й£££мн и “же 1««“''"бок соответственно четырех н т
х«м-" хх»^₽“» »ля осно,,,,ых рсж,,моп'
S^TparoPO* Р«У"ьдаЫ Р ва рис. 5.3.7, следует,
в пбл. 5-3.2 кк-рие«^ ,11Ч„„ отбора мощности ГЭД МоЖст
ИзЛ- -ырсч »"•"•около 118 /мвн" персма-
работать при частщ мощнос ти на собственные нуж.
"°Г°Х%>ге’тре' ^атХе ^ашення гребного винта около 105 об/м„„ „
пп может работать при- ч
ду гэд мож р тока 43 7 Гц; ч„гырех генераторов без отбора мощности
частоте №^внда рдаме при работу 92 об/мин „ чадоте
ГЭД может работать пр»/частотпервич„ых двигателе .
СКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЭУ
ПЕрЕмЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА хара1<теристик ГЭУ переменно-
5 4.1. Особенности расчета. "ИЧНЬ1МИ расчетами для ГЭУ постоянного и
₽О*МЛ°ГХТ«ния -ра^рнстив
^дГнямщ ™Х"я »коря генератораОпределяется перной гармони-
К°ЯМ™утош«е значения первых гармоник зависят от зтшчений выпрямленного
тока и напряжения и в общем случае определяются выражения
Ii=kIl («в.7)4/;
где кц (аа, у), ку (ав, у) _ функции,
Рис. 5.4.1. Зависи]
'МОСТИ*,,
ав.^рад
= кU. (QB,y)Ud,
учитывающие изменение первых гармоник
при изменении формы кривых в раз-
личных режимах работы выпрямителя,
определяемых углом вынужденной за-
держки открытия вентилей «в и углом
коммутации у.
Зная семейство характеристик ге-
нератора, например нагрузочных, синх-
ронный генератор можно заменить
эквивалентным генератором постоян-
ного тока и дальнейший расчет вести по
обычным методам расчета ГЭУ посто-
янного тока.
5.4.2. Основные допущения и по-
рядок выполнения расчета. При выпол-
нении расчетов принимаются следую-
щие Допущения:
выпрямленный ток считается
идеально сглаженным тл, = const:
€=оо);
~ реактивное сопротивление
коммутации неизменно и ояреД©’
ляется выражением хг = (xfJ +
+ *J/2; г d
176
- при определении угла коммутации мп.
нием статора генератора; у <ции Мо*но пренебречь активиык. ™
- вентили считаются идеальными- сопротивле-
синхронный генератор расс^Триваегся
социальной эквивалентной ЭДС с источник трехфазной сину-
нием уцои Действующей сопротивле-
При указанных допущениях расчет
ти. Для определенного значения выпрям^Х^**" “
чений выпрямленного напряжения °
тадии и* Ц/ и находят
последовательное
ld задаются рядом зна-
значения уша комму-
7=агссов
£d+ 1
и угла вынужденной задержки открытия вентилей
ов -arctg —-----40
„ v"d
где id = ---
3/rfXr
Далее по известным углам у и пользуясь графиками построенными иа
рис. 5.4.1 для трехфазной мостовой схемы, находят соответствующие коэффициенты
к/^, и по выражениям
Ui = *<7i Udi Л = kj
определяют значения первых гармоник напряжения я тока генератора.
Такой подход к расчету справедлив в случае работы выпрямителя углами
Я т
у до 60 эл. град и ав до 30 эл. град (т. е. до значения-Ud > 7^). При-----Vd<
< наступает режим поочередной работы трех и четырех вентилей см. п. 8.2.2),
что соответствует режиму, близкому к короткому замыканию. Для этого режима
достаточно определить ток возбуждения /в.г при Ud = 0 и заданном значении Id по
характеристике трехфазного короткого замыкания синхронного генератора.
Для построения нагрузочной
характеристики должны быть из-
вестны: характеристики холостого
хода и короткого замыканиц, реак-
тивное сопротивление Потье ХрН
активное сопротивление обмотки
статора генератора г. Если сопротив-
ление Потье неизвестно, его при-
нимают равным индуктивному соп-
ротивлению рассеяния статора xs.
Для генераторов больших мощнос-
тей сопротивлением г можно пре-
небречь.
Расчет выполняется в такой
последовательности:
1) в одной системе координат
строят характеристики холостого
хода и короткого замыкания
(рис. 5.4.2);
2) по оси ординат откладывают
напряжение U1;
Рис. 5.4.2. Построение нагрузочной характе-
ристики синхронного генератора U=f(i9J)
При ld = const.
1“
«ш-гике холостого хода определяют ток *
ппямленяой хара^Хению Г, (вектор OD); °ЗСУЖ^
3) 0° сПрЯ ггнуюШИЙ напряж строят вектор тока возбужу,*
ним /в.х’ с°°” ом 90° - тК ®у / So характеристике короткого замы**** 'в*.
ем токо® /в*х И Ч*К‘3 НаХОДЯГ Номинал^Ь1?ек'
2^^Гротннлсчич статора Itr и реактивном сад
5) Терния на активном си г _ в воздушном зазОре; РОт”Вле.
“““£ мда определяют ток возбуждай,,, ,
« 00 ЙИХ “он ВЫдеЛЯЮТ СОСТаВЛЯЮЩ5'Ю '«• Обуслог^’
да^княем генератора токов возбуждения /в н и /
гок SSwi 4-г <-«~₽ 0К)- «Данному^
"щдабюйда»*Г*ясга™тических характеристик с примером расЧ1!та
пожени в работе [ 39] •
§ 5.5. РАСЧЕТПЕгкли^по1/\ >>• ----
53.1. Задачи и методы расчета переходных процессов. Современные автоматизи-
рованные ГЭУ представляют собой сложные электромеханические машинно-вентиль-
ные системы. Рост мощности и усложнение структуры современных ГЭУ при одно-
временном повышении требований к качеству регулирования и надежности систем
обусловливают необходимость проведения комплексных исследований нормальных
и аварийных режимов их работы. Анализ режимов работы таких систем с учетом
всех особенностей (нелинейности, большое различие постоянных времени процессов
и т. а.) возможен только с использованием средств вычислительной техники. Эффек-
тивность применения ЦВМ в этих расчетах определяется уровнем достоверности и
сложности алгоритмов, а также степенью отработанности программ обеспечения и
средств связи с ЦВМ.
В зависимости от конечной цели исследования используются различные типы
математических моделей: полные математические модели для анализа любых, но
преимущественно быстрых процессов (короткие замыкания, заклинивание винта
к модели для воспроизведения электромеханических процес-
бДйгЯ1П,Г^ЬШИНСТВе случаев различие полных и приближенных моделей определяется
токови^™^ пР^Разователя и учетом апериодических составляющих
токов в обмотках электрических машин.
процессы<ю>мм^яп^₽еОбра*ОВателя должна воспроизводить все процессы, включая
При "°"Р°ении таких полных (ии точных) мие-
обычно используется R °беспечения устойчивости при численном решении
теме уравнений имеет мр/-т"М°ДеЛЬ вентиля- в моменты коммутации вентилей в сис-
висят от времени попами vn2 измеНение коэффициентов. Моменты коммутации за-
Щих значений векторов апгр«аВПЯЮЩИХ сигнал°в на управляемые вентили и от теку
Математические модели пеРеменных и переменных состояний И₽п •
нелинейных электромагнитикЗриЧсских машин при этом представляются с уч
Полная модель всей r?v СВЯЭей в ОсЯх а> Ъ, с. -
Р!"£Ских И диФФеРенциальн^еДСТаВЛЯет со6ой систему с большим числом алге
логичГ*ОСТИ: ВЫсокий порядок уравнеяий» Для которой характерны слеД^ ей
УНКЦИЙ, РаХ ° 'ИСТеМЫ; большое число гладких неЛИНеЙН°^с-
переменн^₽>ВНеНий и паРамегпо^°ИЗВ0АНЬ1Х’ большой разброс корней харак Р у
лХХлПОСГОянного СИСТеМЫ- Так’ например, Система УРавнеНИ*А^
РРекции имеет следуюпп«МаТИЧеским Регулированием по принципу
дующие показатели:
°каэателн Без учета
Общее чиста насыщения
178
насыщен*1*
99
40
Число дифференциальных уравнений
Число гладких нелинейностей ............
Число логических функций, разрывов цп'о * ’
изводных................
Отношение наибольшей постоянной времени ‘ '
к наименьшей........ “Измени
15
26
11
92
15
82
30
92
Для ГЭУ переменного тока
2 раза [35]. ока приведенные показатели увеличиваются в 1,5-
Наличие функциональных нелинейностей делает
уравнений в „чистой” нормальной форме Копш запись системы
броса параметров уравнений матрица Якоби системы окат зиачиг^?ного Раз~
„ой. Разброс собственных чисел дос™,а„ ,“"'“ " ™ " *° ^<жвлт-
дифференцнальных уравнений о™Осипа к хе1чким по Кур™ ”-^^
динамическим системам, Четкость системы при использовании SZSS
решения обусловливает очень малыйшаГ1штед»ироваиия для решения задач в"пре-
делах пограничного слоя. Практическое решение таких систем возможно гбЯькй
Специальными неявными и системными методами
Однимиз эффективных и приемлемых для анализа процессов в ГЭУ является
метод понижения~порядка системы дифференциальных уравнений на основе принци-
па квазистационарности производной^предложенный Ю. В. Ракитским [ 52], сущ-
ность которого сводится к следующему._
Для Жесткой системы дифференциальных уравнений характерно то, что за по-
граничным слоем между компонентами вектора системы устанавливаются почти
точные линейные алгебраические связи. Их число соответствует количеству быстро
убывающих частных решений системы. Так, если имеется линейная неоднородная
система дифференциальных уравнений
dx(r) _
-----=Ax(t) +Ь„ х(г) ей,
dt
где Rn — и-мерное пространство состояний вектора x(f), то ее можно записать
в виде
dr. (/) к
--------- ЛцХ! (t) +Д13х2(О +bi9 xt(t)eR ;
dt
=А х3(Г) + Л33х3(Г) + Ь3,х2(Г) ей"'*
dt 31
связи между координатами вектора х(О вне интервала, ФДОКДО
квазистационарной, могут быть найдены, если
— 1 раз и положить s-ю производную Xj (/) равной
Линейные
считается
первое матричное уравнение s
Принцип квазистационарности производной может ^в< f-
нелинейной динамической системы. Однако применение РУ\ Поэтому пазра-
тельно, а для больших» точные формулы выведены№.не
отан алгоритм и составлена зответш уюшая программа понижения порядка
системы дифференциальных Уршнен^^52Ь нных мода1ей гэу ИСПОЛЬзуегся
Для непосредс,зенногоР m общей теории и расчет
математическое описание отектрдаеских (посГоЯННое напряжение,
едется по гладкой составляю^ "^“тшк типа выпряТХля при
ступенчатое, первая гармоитеошяидра^^ , вентильный преобразователь час-
этом моделируется ”"с'“.“им напряжение ступенчатой формы согласно
ЮТЫ - устройством, формирующим
программе работы групп вентилей преобразователя.
179
. модели и программы расчета на ЦВМ Динамически*
ГетцествуюЩ-^^^в основном на конкретные структуры уетаноВо*И*
ГЭУ ориентированы в о жиМ0В (проверка возможности Лу‘*
Р^Хчены дня расчета ^^провала напряжения и тг и.). опРедеЛяк^
DPeSo двигателя, оценка величин уже сегоД1|М задачи анализа 11ереХо^*
ТХые Проектные решенИЯ^Вме^^ для этанов проектирования, но и дЛя t *х
=юв работы ГЭУ важны не долЖНЫ рассма1риваться как частные задаЧи
S и пусконаладочных работ- ,ия электротехнической части Су "
Датированной системы РанноГО проектирования судна).
(в рамках единой системы^ проектирования электротехничес-
При создании мт^”’ЗходИМое1Ъ в разработке подсистемы, обеспечиваю.
кой части судов возникает в у 1еНН0Й структуры с целью проведения комп-
шей моделирование на ких режимов, а также решения ряда оптимиза-
лексного исследования дин доваНИЯ. в качестве исходной базы для решения
щюнных задач на основе сисгема „АМПЕР” (Автоматизировав
данных вопросов метке „еЖИМ0В), применяемая для автоматизированного про-
моделирование пере да -Р тическ11Х систем ОЭС) переменного тока [ 25]
построения системы „АМПЕР” Система „АМПЕР”
может применяться самостоятельно в проектных организациях, располагающих вы-
мпельной техникой, либо в качестве подсистемы единой системы автоматизиро-
ванного проектирования судов. Она может быть использована как при расчете
головных проектов судов, так и при разработке нормативно-технической докумен-
тации, в которую включаются обобщенные результаты расчетов основных динамичес-
ких режимов судовых ЭЭС и ГЭУ.
В системе „АМПЕР” моделируются следующие элементы: дизель-генераторы,
турбогенераторы, синхронные и асинхронные двигатели, статическая, выпрямитель-
ная и импульсная нагрузка. Анализ динамики производится по следующим режи-
мам: включение и отключение нагрузки, короткое замыкание в любой узловой
точке структурной схемы системы с последующим его отключением, синхронизация
генераторов, пуск и реверс ГЭД и др.
Система построена по модульному принципу и является открытой системой,
т. е. допускает развитие путем изменения уже имеющихся модулей, а также путем
включения новых модулей. Все модули системы в зависимости от их назначения
подразделяются на четыре группы (рис. 5.5.1) :
1) управляющий модуль, обеспечивающий управление работой системы и связь
с внешней средой;
2) обрабатывающие модули, предназначенные непосредственно для выполне-
ния поставленных перед системой задач;
3) архивные модули, обслуживающие архив;
функцииСП°М0ГаТеЛЬНЫе МОДУЛИ’ выполняющие различные необязательные
иото^ьзХанад^^исте^^АМПЕР" еМНО<)рИеНТИРОВаННЬ1М и пРадиазначен кйк для
автоматизированного проектирован^повТ ВКЛЮЧеНИЯ в базу данных систеМЫ
МЫ-, элементов. Любому элемент!Архив содеРжит параметры моделируе-
называемая записью. Запись и * В аРхиве соответствует совокупность параметров,
Других записей в архиве По ИМЯ’ ПОЭВОЛЯЮ1Дее идентифицировать ее среди
машин еще не установилась вСКОЛЬКу едиНая система обозначений электрических
в виде комбинации из шести алАй^6 ”А^ЕР” принято имя записи представлять
свободен в выборе имен при уч Ф зДо-ЦИфровых символов, причем пользователь
кояым номером. еТе того> что Два последних символа являются поряд-
единяюг в группы, называемые^г!!4.На уровне записей по их именам. Записи обь-
н'утью к определенному tuhv ™ рокамя записей, в соответствии с их принадлеЖ-
эбъединяют в блоки, которые согГ!”13 и Р^У. В свою очередь строки записей
менту системы. Блоки в совокупно^,аТ ?аписи> относящиеся к определенному эле-
внутренняя структура архива является ° разуЮт аРхив параметров. Таким образом,
На каждом уровне иерархии Хг ИСрархическ<>й с явными уровнями.
Р данных, расположенных на попит ИТСЯ 8СЯ необх°ДИМая информация о набо-
пода™™ых уровнях. Зга информация свецена
180
Me
Рис. 5.5.1. Программное обеспечение системы „АМПЕР”.
в каталоги. В системе „АМПЕР” различают каталоги двух типов: центральный ка-
талог, размещенный на высшем уровне иерархии, и каталоги блоков записей, рас-
положенные на подчиненных уровнях. Центральный каталог содержит всю информа-
цию об архиве: имена и указатели каталогов блоков, длину записей в архиве, вели-
чину резерва и границу архива на физическом носителе (магнитной ленте) Доступ
к любой записи возможен только через центральный каталог, по которому опреде-
ляется указатель на каталог соответствующего блока, а затем и указатель иа нуж-
ную запись.
Для обслуживания архива предназначены архивные модули, обеспечивающие
заведение центрального каталога и каталогов блока, а также всех записей в ,л стой'
архив.
Модуль „Запись-Т” служит для заведения в архив текстового материала, модуль
„Запись-П” — для первоначального заведения параметров электрических машин.
Модуль „Каталог” служит для создания печатного документа о текущем состоянии
архива, а значение параметра любого элемента из архива состояние записи) печата-
ется в результате работы модуля „Параметр”. Для корректировки архива, заключаю-
щейся в замене старой и добавлении новой записи (либо строки записей), пред-
назначен модуль „Корректор”. В случае необходимости возможности пользователя
при работе с архивом могут быть расширены.
Вспомогательные модули — сервисные модули для обслуживания самой сис-
темы „АМПЕР”. Модуль „Информатор” дает сведения о содержании магнитной
ленты системы „АМПЕР”, модуль „Копия" предназначен для снятия копий про-
граммы. ,
Входной информацией для системы .АМПЕР” являются две стандартные таб-
лицы, заполняемые пользователем на основании структурной схемы исследуемой
системы. На структурной схеме все элементы нумеруют целыми числами от 1 до л
(л — общее число элементов), а узловые точки — от 1 до гл (гя — общее число узлов)
В произвольном порядке. Одна из таблиц содержит информацию об элементах ис-
следуемой системы, другая - о сопротивлениях фидеров и линий. Например, если
Дизель-генератор марки ДГР 500/1500-2 имеет порядковый номер / и подключен
к /-й узловой точке, то строка с номером i(i = 1, .... п) будет иметь вид, указан-
ный в табл. 5.5.1.
1Я1
Если предположить, что сопрогив
пение Z/ подключено между у ’’
выми точками с номерами j и t (s, t -
= 1......т), а его активная и реак-
тивная составляющие равны соответ-
ственно rj и xj в относительных еди.
ницах, то строка с номером / ~
= 1....."О будет иметь вид, ук~
занный в табл. 5.5.2.
Система „АМПЕР” работает в ре.
зультате активизации модуля „Мони-
тор”, который является ядром систе-
мы, ее внутренней управляющей про.
в оперативной памяти. В его функции
(расшифровка и исполнение директив
выдача сообщений о готовности и уведомление об ошибках), активизация модулей
по их имени в библиотеке модулей, загрузка в оперативную память и передача управ-
Таблица 5.5.1. Информация об элементах
исследуемой системы
Номер узла
Номер элемента Код элемента 1 Шифр элемента
. . • • - . • - • —
i дг ГДГР-1 /
. . - • • • • . . • • •
граммов. „Монитор” постоянно находится
входит обеспечение связи с пользователем
выдача сообщений о 1----
лен^я "да "точку 'входа' Он реагирует' на аварийные ситуации, обеспечивает связь
с супервизором (или диспетчером) ЦВМ. Все доступные пользователю модули могут
быть активизированы только через „Монитор .
Обрабатывающие модули - главные модули, формирующие в памяти машины
моделируемую систему заданного объекта. Модуль „Структура” определяет струк-
туру объекта, модуль „Массив” формирует массивы коэффициентов математичес-
кой модели, модуль „Режим” задает режим расчета, модуль „Модель” непосредст-
венно определяет решение задачи.
Расчет нужного режима осуществляется пользователем, который набирает
на пульте оператора символ этого режима pj (/ — номер переходного режима).
При расчете по всем режимам пользователь получает следующие данные: на-
пряжения в узловых точках, токи во всех элементах, угловые скорости элект-
рических машин, углы между роторами генераторов, скольжение асинхронных
двигателей, моменты и мощности на валу и т. п. По некоторым режимам
пользователь может получить дополнительные данные, например для режи-
ма короткого замыкания печатаются данные, характеризующие тепловое дейст-
вие тока за время короткого замыкания, а также значения ударных токов
элементов.
#66
задач^^0^^^6^011^ ”Оптимизат°Р” связано с кругом оптимизационных
снижения удаоных ™ °СЯТСЯ задачи токоограничения при выборе схемы и способа
ческой устойчивости нагрузки^ др.^^нн ПР°Валов напРяжения, обеспечения динами-
алгоритм моделипованХХг1пРОГраММ системы „АМПЕР” реализован безытеративный
шим апериодические составляющ^6^^ уравнениям Горева-Парка, не учитываю-
смотрены особенное™ п”ХнХ1° В СТатоРНЫх 154]. Ниже кратко рас-
построения математической модели ГЭУ переменно-постоян-
ного тока с управляемым вы-
° ^ыениях
~~~ — J ...
Номер со- противле- ния Началь- ный узел Конеч- ный Узел Актив- ная сос- тавляю- щая Реактив- ная состав- ляющая
/ • • . • • •
t ri Xi
• • в • . . * * « J
прямителем, реализуемой в
рамках системы „АМПЕР”.
5.5.3. Математическая мо-
дель ГЭУ по схеме синхронный
генератор — управляемый вы-
прямитель - ГЭД постоянного
тока. Для исследования ГЭУ
принимается математическая
модель, использующая разра-
ботанный на основе уравнений
Горева-Парка безытеративный
алгоритм расчета переходных
процессов, не учитывающий
апериодические составляющие
токов статорных цепей (54]-
182
Поведение ГЭУ в динамике описывается
^рендиальной си< тем уравнений, первая из к<и-п^УПНОСТЫо ^браической и
схемы и токи с,а,.риД
вьШрямИ,и'ы1ОЙ ,шРУ»ки), вторая динамические пе» ЭУ (синхРонных машин и
Система дифференциальных уравнений, разрешенных п ’ В p0TOpMb’x контурах
времени от потокосцеплении роторных" к"““и по
частоты вращения, состоит из однотипных групп 0ЙН0Й по вР®мени от
соответственно числу вращающихся машин и огл^Т°СГей' повт<>Ряющихся
переменных. Алгебраическая часть представляется ,В1Шь ««Дексацией
мерности 2л (п - число потребителей и источников раз'
Д/ - 41/+ЛГФ
(5.5.1)
где / - вектор токов статорных цепей электрических машин гэу- п
тавля щих узловых напряжений; Ф - вектор потокосшлХ,™ Р С0<>
пхлпяших в состав Г9У- Л л о л " мхгоко цеплеиия ш» ктрических ма-
шин, входящих в состав 1 ЭУ, Д, А, Вблочные ДДагомытые магпиьсы штм^по»
электрических машин, в которых каждый элемеат а «о» очередь я.ХГя'ХХт.
НОЙ матрицей второго порядка. х иется квадрат
Запись уравнений производится в системе вращающихся координатных
.осей о, Я-
Совместное решение уравнений генератора и выпрямителя сводится к интегри-
рованию дифференциальных уравнений этих элементов и решению уравнений связи,
составленных на основании 1-го закона Кирхгофа для электрической цепи. Форма-
лизация уравнений связи рассмотрена в (54]. Применительно к исследуемому
объекту уравнение связи имеет вид
4 + /в=о,
где /г, /в — векторы статорных токов генератора и токов, потребляемых выпрями-
телем.
Уравнение связи позволяет разрешить матричные уравнения вида (5.5.1) отно-
сительно вектора напряжения в точке присоединения выпрямителя к генератору
U= -(Д^ГЧД^Фз+Д^Ф,). (5.5.2)
а также векторов токов синхронного генератора и потребляемых выпрямителем
0] ГФ,]
Z Z\
0 0
Я.
о в
4i 0
0 0
О
о а2
г
(5.5.3)
Здесь Д А,, В. — матрицы параметров синхронного генератора; Ф, - отоко-
сцепление синхронного генератора; Д2,-42, В2 - матрицы парам в выпрями
тельной нагрузки; Ф, - потокосцепление ГЭД; Z - задающее сопротивление,
включенное в узловой точке схемы с целью обеспечения устойчивости модели
в режиме холостого хода. ______„Кл^т
Математическая модель мостового выпрямителя в ре р пеоеменных
вентилей строится по уравнениям для средних значений ро
Н i на оси d а полученным после соответствующего интегрирования коэффициен-
•s • па оси а, </,. полученным но Упавнение разрешенное относительно
тов и предельных переходов согласно [Зо]. Ур Р Р
вектора токов, потребляемых выпрямителем, записыва
sin (« + 6)+sin (а+т+6) О
О cos (а+5) + cos (а+у+5)
*- (5.5.4)
me I , - выпрямленный ток; а - угол управления выпрямителя; 6 - угол согласо-
вания координатных систем; у- угол коммутации.
Mb
. f<7B
it
3
183
>1”“— >-'яисвн'к от ,„.
,»мл. ьs<ux? гокз
[sin (Я+ 5) + sin <л+ 7 + 1S) • ud*
I 1 r*
+ [cos (4 + 5) + cos (i:+ ) + 5)«^'--+
I 1 a
E
(5.5.5)
уравнлие Xi» расчет выпрямленное напряжения
Ив= _2_i j(siQ(fl + 6) + sin (d+) + 6) ]м</ +
’ 2f I
+ [COS (й+5) + cos (Д+7 + 5)]wflj . (5-5.6)
• де L rt ИНДУ ктивность и активное сопротивление якоря; F - противо-ЭДС ГЭД.
Уравнения равновесия ЭДС и моментов ГЭД представлены в общепринятой
форме, разрешенными относительно производных тока i и частоты вращения л]19];
d 1
---i = ---- (uB - л в - СепФ);
Л L
(5.5.7)
где L - <3 5)
d 9.55 v х
----л=------ (СЧ/Ф- *« ), (5.5.8)
dr J
• *
^в.н , ,,
-------- инду ктивность обмотки якоря; илм - номинальное
Ted- ..
напряжение на якоре ГЭД; 2р
микА-ьная частота вращения,
ным мандаты, 5 некомпенсированным, г активное сопротивление якорной
------------------------------------------i якоря, компенсационной обмотки и
число полюсов; /в н - номинальный ток; лн - но-
3 коэффициент, соответствующий компенсирован-
цепм, определяемое как сумма «.опротивлений
1
д<эб*вочныл полюсов; Се - ——
мело провсдников в якоре:
1
одного полюса; Су
инеримм. к и А
на мяу I ЭД (19]
-------
pb'
электрическая постоянная машины; N
а
число параллельных ветвей; Ф магнитный поток
момент
60
а
___ pH
2п а мех*ническая постоянная машины; J
₽ ’ лРаК1сРнз>юЩие изменение момента сопротивления
-мат,4(Ь1емяя ГЭУ
регулят «ром частэты вращення^тп слецу,ощими Регулирующими устройствами:
задатчиком гею и вис, щ и пегупот ИЧН°Г° ДВИРА1сля’ регулятором напряжения,
пуль<жьфазов..1с управления выппи1^?°М Г°Ка’ й<пДействующим на систему им-
велены на функциональной схеме ГЭУ п е”еМ‘ Всс начисленные устройства при-
Уронемия риторов ЧТГ™"T?a,,Hoft На Рнр- 5-5.2. '
ры берут я из нормативных Документ *^сН”я ПсРвнчных двигателей и их парамег*
(система амплитудно-фазового KOMnavu описания регулятора напряжения
в [42|. Тиристорный вХХТГВ1НИЯ) пользуются зависимости,
"£°*JeCLOB в пРивопе обычно полагают чГСЛЬ 'Т' расЧетах электромеханических
импульсно^разового управления (СИФУ НОМ безынерционным, однако система
=>arccosKi<y<n* В овщ'м случае при ммнГ1 сода₽жи1 “периодические звенья,
arccos вс(у). где Ис(() пост^" ’•коне управления выпрямителем а(Г) =
184 ременн апериодического звена СИФУ,
Рис. 5.5.2. Функциональная схема ГЭУ.
ПД — первичный двигатель; РПД — регулятор первичного двигателя;
СГ — синхронный генератор, ОВСГ — обмотка возбуждения синхронно-
го генератора; PH — регулятор напряжения; СИФУ — система импуль
сно-фазового управления выпрямителем; ПУ пост управления ГЭУ;
РТ - регулятор тока; ЗИ — задатчик интенсивности; ДТ - датчик тока.
(5.5.9>
уравнение СИФУ согласно [53] записывается в виде
—— cosa(r) == ——~ [«>»-cosa(r)],
dt гу
где Гу постоянная времени апериодического эвен*£^'^‘ 1ао.СТ11Ием осуществ-
г„,„ал на .ход ««'"о^еа обычно“.ид.
ляемым задатчиком интенсивности, уравнение р
----Mji =
dt--•»
где м,! - сигнал, поступающий с "^“^“Хдаточная функция регулятора тока.
В одноконтурной системе управления передо
синтезированного в [531» представляется к
1 + Тар
2ТуР
где Та ~ постоянная времени якорной цени ГЭД
и„„ннй (5.5.7) и уравнения звена сравнения регуЛя.
Совместное решение уравнений (Э
тора тока
«Э1
Н’тО’) =
ио ~
где и0 - опорный сигнал
разрешенное относительно
(О <и определяет дифференциальное уравнение
производной по времени от выходного сигнала регуля-
тора тока:
м Та ТаСепФ
—----------- «в + -------
2Ту 2iTy 2LTy
(5.5.11)
При использовании пакета прикладных программ „АМПЕР необходимо за-
даваться масштабными коэффициентами каждого из элементов исследуемой сис-
темы
Sj
ssr ’
где Sj — полная мощность i-ro элемента системы (генератора, потребителя); Ssr —
суммарная мощность генерирующих агрегатов.
Введение масштабных коэффициентов позволяет исключить пересчет парамет-
ров элементов системы на новую систему относительных единиц при изменении
структуры исследуемой системы.
Для определения масштабного коэффициента выпрямителя используется соот-
ношение
3
$ ~ 3(фИф = —— 1фт^фгп’
г полная МошИость генератора; Уфщ - амплитуда фазного напряжения пита-
^Нпг^ИйГ^!ШИТУДа потребпяемого Фазного тока, определяемая с помощью
''W1 ношении I I
2Х^ 7
7фШ= --- cos ---
я 2
cos(e+7)=cosa- .
^Уфт
хг= +
2
Для выпрямителя удобно ИСПОЛЬЗОВять по
(система „1”) используется для системы относительных единиц. Одна
ма „2”) для постоянных токов и иапп”**1* напряжений и токов, другая (систе-
жеиие принимается амплитуда Фазногп^иЖени*** ® системе „1” за базисное напря-
ток - амплитуда фазного тока потп₽бп!!аПРЯЖеНИЯ питак)Щей сети, за базисный
базисное напряжение принимается нОм™япГ°ГО ВЫпРямителем. В системе „2” за
номинальный ток ГЭД „ базиХГ^^ Напря*СНие ГЭД, за базисный ток -
вращения ГЭД. В качестве базисной величии°ТУ враЩеНия ~ номинальная частота
темах выбирается синхронная секунда При ИЗМснен™ времени в обеих сис-
186
После перевода в относительные единили
знаются как d урокения исследУеМОЙ гэу зад,.
dO
(5-5.12)
d
n~
аи (53.13)
d 1
d0 «Э 1 ~ — (u. — u 1 • 314Г, ’ ,1Л (5.5.14)
d 1
dO cosalfi)- 1и„-ео8О<вл; (5S 15) J л у
d
dB «3 1 - rntu0 +т7ив +т,я, (53.16)
где масштабные коэффициенты, выраженные через базисные величины-, соответст-
венно равны *
_ — “в62 . _ Г0 яб2^е^
mi ~ .г . » т2 ~ --; тэ =-------------------— -
314£а»в.б2 314£tf 314^.62
9,55 0иФ1б2 955*^
т4---------------------; т} = - -------------;
314 Jn62 314/
1 Та «62 Тасе^пб2
/П6 — • --- ; /я, — .
62^7^ 62у Ту^а^в.62 У^у^’в,вЛ2
Все уравнения ГЭД и его системы регулирования записываются в системе „2”. Урав-
нения токов, потребляемых выпрямителем, и выпрямленного напряжения решаются
совместно с уравнениями генератора в системе „1”. Для осуществления связи между
величинами в различных системах относительных единиц в процессе расчета исполь-
зуются следующие соотношения:
«61 - П*»«б2» *61 = т10*62»
«в.61 'в .62
т9 = -------- ; т10 = --------
«в.62 *в.61
5.5.4. Пример растем пуска ГЭД с mS-UJTS-ISM
ГЭД типа П21-35-9К, получающего питание от диз ЯСпользуются следующие
через управляемый выпрямитель. Для выло номинальное напря-
данные: номинальная мощность на валу н _ А; номинальная часто-
жение на якоре t/B.H = 475 В; номинальн“” ^ Jin- сопротивление обмотки яко-
та вращения „н = W об/мин; обмотки Кк.о = 0,00218 OmL
ря/?я = 0,0031 Ом; сопротивление компенсатш момент инерции J -
сопротивление добавочных полюсов лд.п _ . д- линейное напряжение
= 9400 кг • м3; полная мощность "н^Т/^-хпереходное индуктивное сопротив-.
статорной обмотки генератора t/д-4ии » обоатной последовательности х3 “
пение генератора хd = 0,11; cO"pOJ Денсивности Тэ и = 0,02 с; постоянная вре-
= 0,117; постоянная времени з«»^аИНГе
мени магнитного усилителя Гм.у _0,
187
Номинальный момент врашення двигателя
р 1500
И,- 9550 — ’ 9550 -^Г= 1О’"'" М-
ян
Индуктивность якорной цепи
La " 3
475
= 3 --------------- = 0,00045 Гн.
10 • 143 • 3420
Суммарное сопротивление якорной цепи в нагретом состоянии
Ra = <*я + Лк.о + • Ь24 = 0,007 Ом.
Постоянная времени якорной цели
т
“ =
0.00045
-------- = 0,064 с.
0,007
Постоянная времени задатчика интенсивности
7"э и — 0,02 с.
Постоянная времени магнитног о усилителя
7м.у — 0,01 с.
Реактивное сопротивление комму 1ации синхронного генератора
» 0,11+0,117
” ————— 3 —
2 2
0,1135 о.е.
Амплитуда
мы , ,1 */
фазного напряжения генерлизра
(базисное напряжение сисге-
i%m. J!»
400
Амллит да
фвжого тока .енерагора (базисное
гндчени- <ока и с гемы „!'*)
5 1
^ф»»
1875 Ю' 1834 А
»*0
I
6 В
2
•‘чнчилл.ми глгеранф*
хфт
326
3834 ^’085 Ом
РЬйкгивное ^рагиял ние КОММ|/ГЯ
кии генератор* в абсолютных единицах
* °’1135 0,085 0,0096 0м.
188
НИИ выпрямителя в номинальном режиме
^гоЛ*<оММУ < \ I \
/ 2/вИ*г \ . 2-3420-0,0096 \
_ " !L1_ = arccos 1 -----------------1 28°.
I1 7з’(/фгя J 1,73-326 j
. о тока, погребляемого выпрямителем,
^П,‘ИГУ’1 . 2 173
/ cos - - /..и = -~г~coe 14° 3420 * 3655 к
/фш" я 2 З’и
мощность на стороне переменного тока выпрямителя
Полная ы
3 ' 3
с =---- I&nU&n^ — 3655 -326 « 1787 кВ -А.
в 2- 2
Масштабный коэффициент выпрямителя
SB 1787
т9 = -----= --------= 0,953.
5 1875
Коэффициент дифференциальных уравнений:
«4,н 475
— - -г- -.- - — —.—... „ __ = Q 983’
314£c/BJl 314-0,00045-3420
314£а 314-0,000’45
яб2геф 1,43 • 3,15
314£Л1в в2 314 0,00045-3420
9,55СЛ/Ф/В.Н 9,55 30 • 3420
314/лб2 314 9400-143
ms — т4р 0,0023-1,5 = 0.00348;
1 ! Я 0,08;
"»б 2Ту - 314 2 • 0,02 314
^аи&2 0.0М 475 = . U7;
314 lTyLa /в.в2 S * 314-2-0,02-0,00045-3420
ГвСеФлб2 0,064 • 3,15 -143 _
т. - 314 2Ту£д/в.б2 314 . 2 • 0,02 • 0,00045 3420
Уфт = 326 = 0,686;
т9 = 6^в.н 475
1вм 3420 = 0,89.
"»ю = 3834 189
+ -U
1,5532 88
1,5005
1,9979
1,3952
1,3926
88
88
88
88 88
88
688
88 ।
68 * ~
88 я 88888880
88888888 88888880 8
88
1,0009
0,9917
0,8951
0,8929
0,7898
0,7371
0,68^5
0,1316
0,040 «
i
00263 «
0 ° 002
0,09 0J6 0^08 OJO
бремя, c
Рис. 5.5.3. Кривые изменения параметров переходного режима (тока двига-
теля, напряжения генератора и угла управления выпрямителем при пуске
ГЭД), построенные с шагом при выводе на печать 0,02 с.
Дифференциальные уравнения (5.5.12) — (5.5.16) в относительных единицах
с учетом полученных коэффициентов записываются в следующем виде;
d
— iK = 0,983ив - 0,0495/в 0,932л;
d
= 0,002 32/в - 0,00348л2;
d 1
— cosa(0) = —— lw#i _cosa(0)];
d
= 0,08 u0 - 1,57мв + 1,49л.
для н^лядаосги ^мопгт* ® ОТНосительнЪ1х единицах представлены исключительно
Все параметры электпич7г пользоваться Для выполнения поверочных расчетов.
Все параметры электрических машин и преобразователей входят в банк данных
190
1,4902
/,4JW
1,3074
1,3360
1,2646
1,2332
1,1616
1,1305
1,0791
1,0277
0,9703
0,9249
0,6735
0,6222
0,7706
8-л
+ -(/
Ж
+♦+♦ 88
++♦ 8888
♦♦♦♦ 8888
*♦♦+♦+♦ 88888
88888
88888
8888888
88
0,7194
0,6660
0,6100
0,5652
0,5136
0,4625
0,4111
»*жжжж
*жжжж
*«k«*
»»*»
»жжж
ЖЖ»
0,3597
0,3063
0,2569
0,2055
0,1542
0,1026
I
**
ж*
жж
жж
жж
ЖЖ
Ж
ж«
0,0514
О
1.4
_________L.
к*
Время, с
Рис 5.5.4. Кривые изменения параметров переходного режима (частоты
вращения, напряжения генератора и угла управления выпрямителем при
пуске ГЭД), построенные с шагом при выводе на печать 0,2 с.
«-пользуются автоматически в соответствии
АМПРР” и При расчетах исполь у
ЦВМ режима пуска ГЭД приводе... в сле.
Входная информация дл P
дующей таблице:
Номер элемента Код элемента Шифр элемента Номер узла
I дг ДГР-9 1
2 ВН ВН-1 1
Поскольку в системе „АМПЕР” используется алгоритм расчета с задающим сопро-
тивлением, необходимо выбрать его значение таким, чтобы оно не оказывало влия-
ния на точность основного процесса пуска в системе синхронный генератор-выпря-
митель-ГЭД. Например, можно исходить из того, что мощность, выделяемая на за-
дающем сопротивлении, не должна превышать 1% мощности генератора. Полученные
с учетом этого активная и реактивная составляющие задающего сопротивления
в принятой системе относительных единиц приведены ниже.
Номер со- противления Начальный узел Конечный узел Активная сос- тавляющая Реактивная составляю- щая
1 0 1 102, 39999 76,80000
Некоторые результаты расчета пуска двигателя представлены на рис. 5.5.3 и
5.5.4. На рис. 5.5.3 показаны кривые изменения тока двигателя /в, напряжения гене-
ратора U и угла управления выпрямителем а, построенные по результатам расчета
с шагом на печать, равным 0,02 с. На рис. 5.5.4 показаны кривые изменения частоты
вращения двигателя л, напряжения генератора U и угла управления выпрямителем а,
построенные по результатам расчета с шагом на печать, равным 0,2 с.
Глава 6
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ГЭУ
В ГЭУ наряду с электрооборудованием серийного изготовления применяются
электрические машины и аппаратура, которые проектируются и создаются слеХь
но, К такому оборудованию прежде всего относятся генераторы, ГЭД, преобразова-
и тока и частоты, возбудительные агрегаты, переключатели, задатчики мощности
щиты и пульты электродвижения и ряд других изделий.
§ 6.1. ГЛАВНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Условия эксплуатации электрических машин ГЭУ определяют ряд особенностей
их конструкции по сравнению с общепромышленными машинами.
Главные генераторы имеют сравнительно небольшие частоты вращения (до
810 об/мин для ГЭУ постоянного тока и до 3000—3500 об/мин для ГЭУ переменного
тока), а также небольшие массы и габариты благодаря лучшему использованию
активной части материалов, применению усиленной принудительной вентиляции
через воздухоохладители, прокачиваемые забортной водой, и стальных корпусов
облегченного типа.
Обычно генераторы устанавливаются в машинных отделениях, воздух которых
насыщен парами топлива, масла и влаги, поэтому нижняя часть машины, расположен-
ная под настилом, по защите от воды должна иметь исполнение не ниже 1РХ6. У су-
ществующих генераторов часть, расположенная ниже уровня крепежных лап, имеет
чаще всего исполнение IP23, а остальная часть — исполнение 1Р21, с принудительной
вентиляцией по замкнутому циклу.
В тех случаях, когда по условиям эксплуатации судна генераторы должны про-
должительно работать с малыми нагрузками, соотношение между потерями в железе
и меди выбирают таким, чтобы обеспечить достаточно высокий КПД при понижен-
ных скоростях судов, имеющих экономическое значение.
Обычно при изменении нагрузки генераторов в пределах 25-100% изменение
КПД не превышает 1,5 -2%.
Большое внимание уделяется приданию изоляции обмоток res ераторов стой-
кости к воздействию сырости токопроводящей пыли и разъедающему действию
морских солей Для защиты обмоток от сырости во время длительных стоянок гене-
раторы оборудуются электрическими грелками, расположенными внутри корпуса и
обеспечивающими превышение температуры корпуса машины на 2—3 С выше тем-
пературы воздуха в помещении.
Генераторы в своем большинстве создаются на базе серийных машин. В *
табл 6 1 1 и 6.1.2 приведены основные характеристики и технические данные гене-
раторов постоянного тока, ана рис. 6.1.1 — их характеристики холо-
стого хода.
Рассмотрим технические данные генераторов, не указанные в табл. 6.1.1 и 6.1.2.
Генератор типа МПГ 84/39 (рис. 6.1.2)- защищенного исполнения с принудитель-
ной вентиляцией от отдельного вентилятора и одним подшипником. Генератор имеет
свободный конец вала для присоединения генератора типа Mill 1-12/3 мощностью
100 кВт, напряжением 230 В, который предназначен для питания судовых потреби-
ТеЛеЙГенератор типа ГПМ 84/44-8-2 (рис. 6.1.3) - защищенного исполнения в верх-
ней части и водозащищенного в нижней части до плоскости лап, с принудительной
вентиляцией по замкнутому циклу через воздухоохладитель.
193
„„кдаичдаи генераторов ГЭУ т^в.,.Ь^ЫеЮ^^еР
ПОСТОВ ННС1<ги Напряжение, В Частота вра- щения, Об/ММН Исполнение
Тип генератора Мощность. кВт
МПГ 84 39 ГПМ 84 44-8-2 ПГ-145 675 760 1250 1375 1800 675 460 400 500 720 740 810 810 Двухъякорное Одноякорное
ГП 1375-810 ГП 306 600 400 810 400 Двухъякорное
GTKUL 135/346 1370 1392 2x1920 400 360 Одноякорное
МРС-60 80 2ПГК 120/50П 2x600 595 Двухъякорное
(2ПГК 120.. 50) 2160 1000 600 330 Одноякорное
GM34 80-8 ПГ 1000/750 900 750
Продолжение табл. 6.1.1.
Тип генератора КПД, Масса. Габаритные раз- Судно, на котором уста-
% т меры LxBkH, мм новлены генераторы
МПГ 84'39 94,0 4,68 1162x1550x1507 Танкер „Генерал Ази Асланов”
ГПМ 84/44-8-2 94,0 5,5 1330x1550x1480 Буксиры типа „Атлант”
ПГ-145 93,5 11,0 2860x1650x1600 Портовый ледокол
ГП 1375-810 94,0 7,9 1950x1700x1800 Суда типов „Актю-
бинск”, „Днепрогэс”, „Ам-
гузма”
ГП306 95,0 10,5 1884x1680x1890 Парог и
GTKUL 135/346 93,0 20,0 2530x2170x3590 Ледокол „Капитан Бе-
лоусов”
МРС-60/80 95,0 25,0 2518x2438x2400 Дизель-электроход „Ле-
на”
2ПГК 12О/5ОП 93,0 46,9 5450x2490x2775 Ледокол „Ленин”
12ПГК 120/50)
GM 34/80-8 94,3 24,2 3440x2570x2950 Ледокол „Москва”
ПГ 1000/750 1 94,2 7,9 1549x1700x1920 —
Примечание. £ - длина; В - ширина; Н - высота.
Генератор типа ПГ-145 (рис. 6.1.4) двухъякорный, брызгозащишенного ис-
полнения, независимого возбуждения с легкой размагничивающей обмоткой после-
довательного я. тератор имеет съемные стальные щнты с откидными
крь™ками_для обслуживания коллектора Траверса генератора поворотная для
удобства обслуживания щеточного аппарата.
н^пягп°и-йУ-ИХИ Й предусмотрено приспособление .для подъема пала при выемке
половине стаи^ИПкИК8 Также обеспечиваются выем якоря при снятой верхней
вместе с иатотш ез перецзижки подшипников и замена полюсных сердечников
ляшоо по замкнутом вь,ема ЯКОРЯ- I енератор имеет принудительную венти-
дитель. У Ш1КЛу от отделького вентилятора через воздухоохла-
Генератор типа ГП 1375-810 л i
нения с принудительной вентиляцией от nJ“ ОДНОЯКОРНЫЙ’ защищенного испол-
ни®* от отдельного вентилятора чепез воздухоохла-
дитель со следующими параметрами: ^ныори через воздухоохла
194
Рис. 6.1.1. Характеристика холостого хода генераторов постоял
ного тока (см. табл. 6.1.2).
Расход воды, м3/ч................................ 25
Расход воздуха, м3/с................................. 3,5
Температура охлаждающей воды, °C............. 20
Отводимые потери, кВт................................ 100
Смазка подшипника принудительная, от общей системы смазки дизеля; расход
масла 1,5 п/мин.
На генераторе установлены термоснгнализаторы для контроля температуры ох-
лаждающего воздуха и подшипника.
Генератор типа ГП 306 (рис. 6.1.6) - одноякорный, защищенного исполнения с
принудительной вентиляцией от отдельного вентилятора через воздухоохладитель со
следующими параметрами
Рис. 6.1.2. Генератор типа МПГ 84/39.
195
Таблица 6.1.2. Технические данные генераторов ГЭУ not тоянно* о тока
Тип генератора Ток якоря, А Число главных по- люсов Значение потока, Вб • 10“2 Ток возбуждения, А Напряжение воз-' Суждения, В Момент инерции, кг • м2 Обмотка
Число про- водни- ков Число парал- лель- ных ветвей
МПГ 84 39 1000 8 8,5 56,4 55 183 760 8
ГПМ 84 44-8-2 1650 8 8,33 55 48 212 288 8
ПГ-145 1500 8 2,56 16,5 220 156 300 8
ГП 1375-810 2750 16 8,2 23 180 325 •464 8
GTKUL135 346 2x1715 — — — 180 — — —
МРС-60/80 3480 — — — 190 — — —
2ПГК 120/50П 3200 8 13,3 52,4 110 — 468 16
(2ПГК 120/50) GM 34/80-8 3600 — — — 185 — —
Примечания. 1. Соединение параллельной обмотки возбуждения у генератора
генераторов — последовательное.
2. Соединение последовательной обмотки возбуждения у генераторов типов МПГ
Расход воды, м3/ч .................................... 42
Расход воздуха, м3 /с.................................... 7
Температура охлаждающей воды, °C........................ 20
Отводимые потери, кВт.................................. 100
I енератор выполнен с разъемной станиной, одним подшипником и свободным
концом вала для присоединения вспомогательного генератора мощностью
Генератор типа 2ПГК 120/50 (2ПГК 120/50П) (рис. 6.1.7) — двухъякорный,
с двумя подшипниками, брызгозащищенного исполнения, с самовентиляцией по
замкнутому циклу через воздухоохладители от двух размещенных на ступице
196
якоря Параллельная обмотка воз- буждения Последователь- ная обмотка возбуждения Обмотка дополни- тельных полюсов Характеристи- ка холостого хода на рис. 6.1.1.
Сопротив- пение, Ом
Число витков Сопротив- ление, Ом
Число вит ков Сопро тивле- ние, Ом Число вит ков Сопро тинле НИе, Ом
0,0069 106 0,69 3 0,003 9 0,0015 Кривая 1
0,0026 100 0,69 3 0,0015 9 0,0035 Кривая 2
0,0035 440 8,6 1 0,0003 И 0,0077 Кривая 3
0,0021 330 6,25 — — 5 0,0005 Кривая 4
0,0024 — 11,0 — — — 0,0016 —
0,0012 — 4,1 — — — 0,008 i*
0,002 320 — — — 4 0,0003 Кривая 5
0,0022 — 3;4 — 0,0002 — 0 0024 —
типа 2ПГК 12О/5ОП (2ПГК 120/50) - в две группы параллельное; у остальных
84/39 и ГПМ 84/44-8-2 — последовательное.
воздуха снизу); б — исполнение 2 (выброс воздуха сбоку) .
ve
00
Рис. 6.1.7. Генератор типа 2ПГК 120/50 (2ПГК 120/50П).
850
Таблица 6.1.3. Основные технические характеристики синхронных генераторов ГЭУ
Характеристики Тип генератора
МС 99-8/8 2МСК 5500-1500* ТК9-4**
Мощность, кВт Напряжение, В Ток фазы, А Частота, Гц Коэффициент мощ- ности КПД Частота вращения, об/мин Габаритные разме- ры, мм Масса, т 700 400 1015 50 1 0,95 750 1600x1550x1250 5,3 2750/2300*** 430/400*** 4150 50 0,89/0,8** * 0,956 1500 4680x2300x3080 30,5 9000 780 3780 116,7 0,88 0,971 3500 3630x3250x2595 34,0
* Генератор состоит из двух машин в одном корпусе.
♦* и» «татопр уложены две трехфачиыс обмотки под углом 27 зил р«Д-
•" ЦифрыТзнамХХ «ЛХ.У». параметрам при работ. машины «а еу»«-
Рис. 6.1.8. Генератор типа GM 34/80-8.
вую сеть.
Таблица 6.1.4. Технические данные генераторов переменного тока
Тин генератора п. об/мин Полная мощность, кВ А Ак i nиная мощность, кВт /, А л чу, о.е.
МСК 18754500 1500 1875 1500 2710 0,1 1 0,176
МСК 1560-1500 1500 15ь0 1 250 2260 0,127 0,194
МСК 1250-1500 1500 1250 1000 , 1810 0,15 0.213
« МСК 440-1500 4500 940 750 1360 -0,158 0,231
МСК 750-1500 1500 750 600 1084 0,15 0,236
МСК 625-1500 1500 625 500 902 0,167 0,228
МСК 1000-1000 1000 1000 800 1445 0,152 0,24
МСК 790-1000 1000 788 630 1140 0,145 0,27
MCKJ254000 1000 625 500 900 0,161 0,24
МСК 500-500 500 500 400 720 0,16 0,23
ГМС 14-29-12 500 500 400 720 0,13 0,2
МС 99-8/8 750 700 700 1015 0,113 0,203
МСК 500-1000 1000 500 400 720 0,133 0,18
ТК9-4 3500 10 220 9000 3780 (ток фазы) 0,185 0,28
2МСК 5500-1500 1500 6200 5500 4150 0,15 0,19
Продолжение табл. 6.1.4.
Тип генератора лу, о.е. *s,o- е. лу, о.е. Xq.c.e. ?к.з» °-е- Eof, о.е.
МСК 1875-1500 1,98 0,056 0,95 0,125 3,89 7,6
МСК 1560-1500 2,04 0,07 0,96 0,142 3,68 7,5
МСК 1250-1500 2,05 0,093 1 0,168 3,84 7,9
МСК 940-1500 2,11 0,09 1,05 0,18 5,62 • 11,9
МСК 750-1500 2,31 0,086 1,13 0,163 3,84 8,85
МСК 625-1500 2,18 0,1 1,1 0,2 4 8,6
МСК 1000-1000 1,81 0,09 1,04 0,18 4 7,25
МСК 790-1000 1,6 0,089 0,91 0,16 4 6,4
МСК 625-1000 1,64 0,095 0,94 0,18 4 6,52
МСК 500-500 1,14 0,11 0,7 0*173 5,5 6,3
ГМС 14-29-12 1,1 0,085 0,6 0,14 4 4,81
М< 99-8/8 1,28 0,062 0,72 0,195 4,5 5,75
МСК 500-1000 1,84 0,083 0,92 0,155 4 7,35
ТК9-4 0,96 0,216 —
2МСК 5500-1500 1,24 0,12 0,145
Рис 6.1.9. Геш-ратор шистифазпого гока типа ГК9-4.
200
Рис. 6.1.11. Выпрямительная установка
типа ВУКЭП-9000-1000.
1 — выпрямительные блоки; 2 — короб-
ка выводов; 3 — крышка; 4 — воздухо-
вод; 5 — рама; 6 — вентиляционный
блок.
вентиляторов. Для каждого якоря предусмотрен один воздухоохладитель со следу-
ющими параметрами:
Расход воды, м3 /ч ................................... 30
Расход воздуха, м3/с................................... 6
Температура охлаждающей воды, С....................... 10
Отводимые потери, кВт ............................... 112
Генератор типа GTKUL 135/346 - двухъякориый, с одним подшипником,
брызгозащищенного исполнения, с принудительной вентиляцией от вентилятора,
установленного на корпусе генератора. Смазка подшипника принудительная,
осуществляется от общей системы смазки дизеля.
Генератор GM 34/80-8 (рис. 6.1.8) - одноякорный, с одним подшипником
скольжения, с принудительной вентиляцией от двух вентиляторов с подачей воздуха
3,5 м' /ч каждый. При работе одного вентилятора генератор может быть загружен по
току на 70% номинального значения.
Генераторы переменного тока применяются, как правило, двух
Типов: в Д /ГУ используются явнопопюскые генераторы, в ТЭГУ — неявнополюсные.
В табл. 6.1 Л даны основные технические характеристики синхронных генерато-
ров, применяемых в ГЭУ. В табл. 6.1.4 приведены дополнительные технические дан-
ные этих генераторов, а также данные общесудовых генераторов, которые могут
быть использованы в ГЭУ.
На рис. 6.19 и 6.1.10 показана конструкция генераторов типов ТК9-4 и
2МСК 5500-1500, применяемых в ГЭУ переменно-постоянного тока. Общий вид
выпрямительной установки типа ВУКЭП-9000-1000 для генератора типа ТК9-4 приве-
ден на рис. 6.1.11.
§ 6.2. ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
?ами п^^ГУЛИРОПаЯИЯ частоты вРаЩения, частые пуски и реверсы, работа с момен-
ции и УдарныхZX * >'СЛ0""ЯХ Креиа " диффч,ента'а »»’Р-
защищеннымиЭДпВЬ1ПОЛН”ются водозащищенными в нижней части до уровня лап и
~ верхней части; конструкция усиленная, с двумя стояковыми
подшипниками скольжения.
n вращения большинства I ЭД находится в пределах 100-250 об/мин.
тсп 1сппе62?ЬШОЙ мощиости m°nia применяются ГЭД с частотой вращения
/зи 1>ии об/мин, соединяемые с гребным валом через редуктор. Такие ГЭД одно-
типны с машинами, применяемыми в качестве генераторов.
Вентиляция Ц обычно принудительная по замкнутому или разомкнутому
циклу через воздухоохладители, расположенные на корпусе двигателя. Расчет возду-
хоохладителей производится в зависимости от температуры охлаждающей воды (Ю,
25, 32° С) и условий плавания судна.
Вентиляторы устанавливаются непосредственно на ГЭД. Существуют системы
вентиляции с забором воздуха с верхней палубы В этом случае должна быть преду-
смотрена система, позволяющая в зимних условиях плавания подогревать забирае-
мый снаружи воздух.
При размещении ГЭД в одном помещении с дизелями вентиляция их обычно
выполняется по замкнутому циклу.
В табл. 6.2.1 приведены основные характеристики и технические данные одно-
якорных ГЭД постоянного тока, в табл. 6.2.2 и 6.2.3 — двухъякорных ГЭД. Техничес-
кие характеристики и параметры ГЭД переменного тока приведены в табл. 6.2.4 и 6.2.5,
Асинхронные ГЭД, особенно с короткозамкнутым ротором, конструктивно
просты, надежны, обладают хорошими пусковыми характеристиками Однако они
имеют недостаточно высокий коэффициент мощности (0,83—0,86 быстроходные
ГЭД, около 0,7 тихоходные ГЭД).
Основные преимущества синхронных ГЭД - это высокий коэффициент мощ-
ности (до единицы) и наличие большого воздушного зазора, допускающего значи-
тельную просадку вала в подшипниках и облегчающего сборку машины.
Ниже приводятся данные, не указанные в табл. 6.2.1 - 6.2.5.
Гребной электродвигатель типа 2ПГК 120/40 (2ПГК 120/65) (рнс. 6.2.1) —
с двумя подшипниками скольжения, принудительной вентиляцией от двух вентиля-
торов по замкнутому циклу через два воздухоохладителя, водозащищенного испол-
нения ниже уровня лап и защищенного в верхней части. Смазка подшипников — при-
нудительная от электронасоса. Вентилятор имеет подачу 9000 м3 /ч, мощность при-
водного электродвигателя 7,2 кВт.
Гребной электродвигатель типа ПГК 150/65 (рис, 6.2.2) - с двумя подшипни-
ками скольжения, принудительной вентиляцией от одного вентилятора по замкну-
тому циклу, водозащищенного исполнения ниже уровня лап и защищенного в верх-
ней части*
Гребной электродвигатель типа ПГ-147 (ПГ-146) (рис. 6.2.3) — с компенсаци-
онной обмоткой, брызгозащищенного исполнения, с принудительной вентиляцией от
двух вентиляторов, с забором воздуха из моторного отделения и выбросом нагрето-
го воздуха через воздухоохладители в это же помещение.
Электродвигатель имеет поворотную траверсу для обеспечения доступа к щеточ-
ному аппарату и приспособление для подъема вала при выемке вкладышей подшип-
ника. Электродвигатель выполнен на двух подшипниках скольжения с дисковой
смазкой: расход масла на один подшипник 45 л.
Конструкция допускает выем якоря при снятой верхней полустаншю без пере-
движки подшипников и замену полюсных наконечников с их катушками без выема
”КОРГое6ной электродвигатель типа 2ПГК 150/65 (рис. 6.2.4) - с
1Р гто замкнутому циклу от двух вентиляторов, водозащищенного испол
нения ниже уровня лап и брызгозащищенного в верхней части, с двумя стояковым»
подшипниками скольжения.
g Таблице 6.2.1. Технические данные одноякорных ГЭД постоянного тока
Тип электродвига- теля- Мощ- ность, кВт Ток якоря, А Напря- жение, В Частота вращения, об/мин КПД, % Ток воз- буждения, А Напряже- ние воз- бужде- ния, В Габаритные раз- меры LxBxH , мм Момент инерции, кг м2 Масса, т
ПГ-150 2350 2500 1000 150 94 52 220 3740x3650x3680 10- 103 48
ПГ-147 1760 1600 1200 * 152/202 94 60 220 3500x3200x3423 11 103 40
ПГ-146 1175 1600 800 212/266 93,5 37,5 220 3335x2760x2660 2,8 • 103 32
ПГК 150/65 1400 1650- 920 130/150 92 82 220 3200x2800x3295 3,1 • 103 26,5
Таблица 6.2.2. Основные технические характеристики двухъякорных ГЭД постоянного тока
Тип электродвига- Мощность, Напряже- Частота вра- Общая Габаритные разме- Судно, на котором установлены
теля кВт ние, В щения, об/мин КПД масса,т ры L*BxH, мм двигатели
2МП 17600-130 17 600 1000 130/185 0,95 210,0 7150x5400x5900 Ледокол „Леонид Брежнев”
2МП 19600-150 14 400 1200 150/195 0,946 178,0 7400x5000x5720 Ледокол „Ленин”
ПГ 158 9300 1030 157/207 0,945 158,0 6590x4600x5340 —
7МП 9800-150 7200, 1200 150/215 0,938 103,0 5500x4460x4725 Ледокол „Ленин
2МП 21-45-7К 2МП 7000-115 2МП 7000-110 МРС-108/88 2ПГК 150/65 5200 1000 190/300 0,94 76,0 5540x3400x3490 Паром „Сахалин”
5160 1000 115/140 0,935 92,0 5600x4900x4040 Судно типа „Днепрогэс ’
5152 5160 2920 1000 800 550 115/170 150/180 224/268 0,94 0,94 0,946 90,0 120,0 54,0 5430x4200x4165 4765x3100x3445' Судно типа „Амгуэма” Дизель-электроход „Лена” Железнодорожный паром „Совет- ский Азербайджан”
GM 524/130/10 40.50 1200 115/155 _ ._0,9<L_- -108,2 54,0 4765x3100x3445 Дизель-электроход „Москва” Судно типа „Мирный”
2ПГК1Ш65— ЛЛ1Ш7220/5010 2800 2560 920 180/200 0,93
800 - ^,1 180 0,88 <• —7 4340x3440x5193 Дизель-электроход „Капитан Бе- лоусов”
2ПГК 50/750 2ПГК 120/65 2ПГК 120/40 1900 • 1290 1200 900 700' 700 170/200Г 128 206 0,932 0,912 0,921 37,0 39,6 33,5 4380x2700x2300 4435x2500x2320 4240x2500x2320 Танкер „Генерал Ази Асланов”
о
я
я
о
X
со
5
О о snsql>>>£ ОРЗ ОИч X □ Я х N> to tQ *1 я W /j * 2 SSS“s Kitt-is*В v, £ to ° ° & О Тип электродвига- теля Продолжение табл. 6.2.4. s о гФОЙч Я^Ях -з g ’i Q е n X s'o to to to >1 я w л * e soooos^*» JL So s- S V О о 00 E £ о bJ S v 2-r w • о O^UtOs M
| OS W Os 1 to SO Напря- жение возбуж дения,В Ф to N l- SO oo Ф Vi A to to Os О О О ~J to О О О О Sn о о
U> to , , CN I I Os О W Ток воз- бужде- ния, А W .(ь Ф Ф Ф Д CS W О К) О О О о Vi 00 00 О О О О о о о о
к- j— t- t— to -О SO w » oo ou oo o -O -J О Ф О
ф W W W to 1— О w to so -U -o OS Vi -J О SO о to to 822? 2S2 £ £ £ W ю h— □ N) W <71 N) N) gg§§ §28 ST X X X XXX ь W Д Ф ►— 00 Vl 00 to *- w О о О О to V) Ф SO ОООО о v> Габаритные размеры LxBxH, мм
Vl 1Л Vl Vl Vl СП сл Ф О о О ООО
ОООО ООО SO "so SO Хо so so so -О Vl -J OS )— >- w Vl Vl cn
3850 2900 1 1 ф i-OOH ОСЭО О *SO SO О О 0 "so СП Vl -J Vl — * #
-О Ш Ф- Ш 1-1 О so v> to to -ь _н vt О 00 V l*> Масса, т । СП . W °S 1 1 1 СП 1 о Р О О v>
Частота Тип электродви- Мощ- Напря- враще- Частота, гателя ность, жение, ния, Гц к Вт В об/мин Таблица 6.2.4. Технические характеристики гребных электродвигателей переменного тока >— 1-^ОоОООО tOtoNVi^OOCTsOS ООю°м??ОО Ф OS NJ Os OS Н- >- v О 1Л о VI н- Сл — W —Сп О Сл СО СП О о о О Гип электродвига- теля Таблица 6.2.3. Технические данные двухъякорных ГЭД постоянного тока 1 ’ • - ’ “ —"•—' - “Г" 1 - . . —— , ,
to to to to X X X X 00 н- <— t-J O g JO о ° О Vl V to to to to Ю X X X X X w to w os oo Ф о to Ф -o 00 Vi о О о О О О О О Ток якоря, А
NJ Ь- 00 00 О О Os Os 00 00 00 Число полюсов
18,5 10,75 to to Ф , Vi Os SO Ф 1 “osbs'-o’t- Поток на пару по- люсов, Вб • 10“2
w Ф V ' OJ- | to - Vl W I О £ Os \0 00 О О о Ток возбужде- ния, А
to to >— to to to SO to о о о о k- ГЭ N) N) 00 M Lh О О О О Напряжение воз- буждения, В
1 tO 'Ф b 1л U> ЧО ° V» Момент инерции, т • м2
КПД
700 414 414 N) N> ) UJ ->J »— 1 W 00 <7 О О О -J Число про- водников Обмотка якоря
8 ? .*5 Э ?514 Ф Ф о < Os 00 OS 00 Число парал- лельных вет- вей
Момент инер- ции, кг -м2 ОООО 2’8’§2 оо > 1 >— (л Ф Ф to оо 0,00099 0,002 1 0,005 1 0,0064 АМХЛ58 Сопротив- ление, Ом
Таблица 6.2.5. Параметры синхронных машин, применяемых в ГЭУ
Параметры Электродвигатель Параметры Электродвигатель
СДСГ 18-44-36 МСГ2600-14/36 СДСГ 18-44-36 МСГ2600-14/36
зу, о. е. 0.89 1,07 X?,о. е. — 0,232
Хд, о. е. 0,58 0,7 га, Ом 0,9 • Ю-3 0,57- 10“3
X,, о. е. 0,137 0,142 rf. Ом 0,374 0,55
х^,о.е. JW, о. е. 0,43 0,322 Йо, с 1,22 1,06
— 0,381 Га, с 0,565 0,378
0) d О О — 0,23 0,235 Та,с 0,0715 0,08
Рис. 6 2.1. Гребные электродвигатели типа 2ПГК 120/65 и типа 2ПГК 120/40.
Размеры в скобках откосятся к электродвигателю 2ПГК 120/40.
Рис 6.2.2. Грешной электродвигатель тнпаПГК 150/65.
Рис. 6.2.3. Гребные электродвигатели зилов ПГ-147 и ПГ-146
Размеры в скобках относятся к электродвигателю ПГ-146
Рис. 6.2.4. Гребной электродвигатель типа 2ПГК 150/65.
Рис. 6.2.5. Гребней электродвигагель типа 2МП 7000-115
206
Рис. 6.2.6. Гребной электродвигатель типа 2МП 9800-150.
Рис. 6.2.7. Гребной электродвигатель типа 2МП 19600-150.
0Ж
Рис. 6.2.8. Гребной электродвигатель типа GM 524/130/10.
208
Рис. 6.2.9. Гребной электродвигатель типа 2МП 17600-130.
Гребной электродвигатель типа 2МП 7000-115 (рис. 6.2.5) - с прину-
дительной вентиляцией по замкнутому циклу от двух вентиляторов, защи-
щенного исполнения, с двумя стояковыми подшипниками с принудительной
смазкой.
В настоящее время изготовляется унифицированный электродвигатель
типа 2МП 7000-110, имеющий в отличие от электродвигателя типа 2МП 7000-115
разомкнутый цикл вентиляции и другие габаритные размеры (см. табл. 6.2.3).
Гребные электродвигатели типов 2МП 9800-150 и 2МП 19600-150 (рис. 6.2.6
и 6.2.7) — с принудительной вентиляцией по разомкнутому циклу от двух вен-
тиляторов через четыре воздухоохладителя, водозащищенного исполнения ниже
уровня лап и брызгозащищенного в верхней части, с двумя стояковыми подшип-
никами скольжения.
Гребной электродвигатель типа GM 524/130/10 (рис. 6.2.8) -с двумя обмот-
ками независимого возбуждения: основной и дополнительной, с принудитель-
ной вентиляцией по разомкнутому циклу от двух вентиляторов через один
воздухоохладитель, брызгозащищенного исполнения с двумя подшипника-
ми скольжения.
На рис. 6.2.9 и 6.2.10 показаны конструкции ГЭД постоянного тока типов
2МП 17600-130 и ПГ-158, а на рис. 6.2.12-6 2-15 - конструкция ГЭД перемен-
ного тока типов АГК-270-750, АКСЗ-15-49-20, СДСТ-18-44-36 и МСГ-295-25/50-
Рис. 6.2.10. Гребной электродвигатель типа ПГ-158.
239
210
Рис. 6.2.11. Характеристика холостого хода ГЭД постоянного
тока.
1 - ПГ-147; 2 - 2ПГК 150/65; 3 - 2МП 19600-150; 4 -
2МП 7000-115; 5 - ЛГ-146; 6 - 2ПГК 120/40; 7 -
,2МП 9800-150.
Рис. 6.2.13. Гребной электродвигатель типа АКСЗ-15-49-20.
На рис. 6-2.11 построены графики характеристик холостого хода ГЭД постоян-
ного тока.
§ 6.3. ВОЗБУДИТЕЛИ
Определение мощности и числа возбудителей производится с учетом ряда ос-
новных факторов, числа генераторов и ГЭД; индивидуальной или централизованной
системы возбуждения; необходимости резервных источников возбуждения; числа
гребных валов и машинных отделений.
В начальной стадии проектирования мощность возбудителей можно принимать
равной 0,3-1,5% мощности генераторов переменного тока и 1-2% мощности гене-
раторов постоянного тока
В качестве возбудителей применяют машины постоянного тока, элсктрома-
шинные усилители и тиристорные преобразователи переменно-постоянного тока.
Применение тиристорных возбудителей позволяет повысить надежность установки
и быстродействие системы регулирования, а также уменьшить габариты и массу обо-
рудования ГЭУ.
На рис. 6.3.1 показан тиристорный преобразователь типа ВАКС-150-330, при-
меняемый в качестве возбудителя в ГЭУ ледокола „Леонид Брежнев’’.
Номенклатура и технические характеристики вращающихся возбудитель-
ных агрегатов ГЭУ указаны в табл. 6.3.1, а характеристики статических возбуди-
тельных агрегатов типов ВАКС-150-330 (нереверсивный) и ВАКСР-150-330 (ре-
версивный) приведены ниже;
ВАКС-150-330 ВАКСР-150-330
Характеристики питающей сети: 380И9 50±2,5
напряжение, В частота, Гц 380Н9 50±2,5
число фаз 3 3
коэффициент нелинейных иска- жений напряжения, %, не более 5 5
ударный ток короткого замыка- ния на входных зажимах преоб- разователя, кА, не более 60 60
Характеристики сигнала управления: напряжение, В . 0-24 0 24
ток, А, не более 0,01 0,01
коэффициент пульсаций напряже- ния, %, не более 2 2
Характеристики преобразователей в номинальном режиме: напряжение, В . 220 220
ток, А 300 250
КПД без учета потерь в разрядном «противлении, не менее 0,85 0,8
Коэффициент мощности, не менее 0,45 0,45
Характеристики нагрузки: постоянная времени обмотки воз- буждения, <: 1-6 1 6
сопротивление резистора, шунтиру- ющего обмотку возбуждения, Ом . ЮН 1011
Расход охлаждающего воздуха, мэ/ч 2500 5000
Перепад температуры охлаждающего воздуха на входе и выходе преобра- зователей, С, не более 16 16
Габаритные размеры L к В х Н, мм 1158x850x2000 2308x850x2000
Масса, кг 1500 3000
212
1158
Рис. 6.3.1. Тиристорный преобразователь типа ВАКС-150-3 30.
белица 6.3.1. Технические ха Характеристики рактеристики возбудительных агрегатов ГЭУ Значения " ——
™ ««тин, входящих в состав агрегатов, и агрегатов Приводной электродвигатель в целом
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В АМ-62-4 11,0 380 П-61М 12,0 220 А-72М 19,0 380 П-72М 22,0 220 АМШ-81-4 25,0 380 АМО-91-4 42,0 380
Возбудитель генератора
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В Число обмоток возбуж- дения П-51М 6,0 60 1 (независи- мая) П-81М 8,6 60 3 П-91М 14,2 220 3 П-91М 14,2 220 3 П-91М 9,4 220 3 П-91М 27,5 . 275 3
Возбудитель двигателя
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В Число обмоток возбуж- дения П-51М 6,0 230 1- (самовоз- буждения) 1 1 I 1 1111 ! 1 । 1 П-91М 9,4 220 3 1 1 1 1
Агрегат в целом
Количество машин в аг- регате Частота вращения, об/мин Габаритные размеры, мм Общая масса, кг 3 1450 1859x509x526 2 1450 1490x610x756 747 2 1450 1750x710x841 980 2 1500 1985x710x821 1171 3 1440 3080x720x836 1846 2 1440 1920x735x815 1254
Г66
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В АМ-92-4 55,0 220 Приводной электродвигател ь МАФ82/4 МАФ82-91/4 70,0 380 МАФ82-91/4 100,0 380
АМ-101-4 75,0 380 АН-112-4 135,0 380
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В Число обмоток возбуж- дения П-91М 15,4 220 3 Возбу П-82М 17,2 60 3 дигель генератора П-102М 70/96 220/320 Две полуобмот- ки независимого возбуждения ЭМУ-550 22,5 ПО 4 ЭМУ-290 16 220 4 ЭМУ-550 45 220 4
Тип машины Мощность, кВт Напряжение, В Число обмоток возбуж- дения П-91М 15,4 220 1 (независимая) Возб' П-82М 35,0 230 1 (самовозбуж- дения) /дигель двигателя П-92М 53/65 220/320 Две полуобмот- ки независимо- го возбуждения ЭМУ-550 4 ЭМУ-550 38 220 4 ЭМУ-550 32 220 4
Тип машины Род тока Мощность, кВт Напряжение, В П-51М Постоянный 6,0 230 Генератор 1 А юстоянного напр) Л'регат в целом ження ПН-28,5 Постоянный 4 ПН-45 Постоянный 3,15 230 4 ПН-45 Постоянный 3,15 230 4
Количество машин в аг- регате Частота вращения, об/мин Габаритные размеры, мм Общая масса, кг 4 1440 3870x700x881 2455 3 1445 2870x817х77( 1680 3 1450 ) •т 1475 3900x892x1200 1475 3975x892x1200 1475 4040x892x1200
§ 6.4. ЩИТЫ И ПУЛЬТЫ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ
Щит электродвижения предназначен для:
- набора схем главного тока (.включения или
отключения генераторов и ГЭД,
возбуждения и управления);
— управления возбуждением генераторов и ГЭД;
— контроля за работой и защиты ГЭУ;
- управления частотой вращения дизель-генераторов;
— управления вспомогательными механизмами, обслуживающими ГЭУ, и конт-
роля за их работой.
Конструктивно щиты электродвижения выполняются разъемными, состоящими
из отдельных секций, которые стыкуются между собой непосредственно на судне.
Поскольку щиты обычно имеют защищенное исполнение, то сверху устанавливаются
специальные листы для защиты от проникновения воды.
В торцах щита предусматриваются выдвижные двери с блокировкой, которая
позволяет открывать двери только при снятом напряжении.
Все аппараты размещаются внутри щита с выводом на лицевую сторону рукоя-
ток и штурвалов управления, шкал приборов, аппаратуры сигнализации. В некото-
рых птитях для удобства управления устанавливаются машинные телеграфы и тахо-
метры первичных двигателей й гребных валов.
На рис. 6.4.1, 6.4.2 и 6.4.3 представлены щиты электродвижения некоторых
судов
Для дистанционного управления и контроля ГЭУ предусматривается пульт
электро движения, который обычно устанавливается в центральном посту управления
энергетической установкой судна.
На пультах электродвижения размещаются измерительные приборы для визу-
ального контроля за основными параметрами электрооборудования; устройства ди-
станционной коммутации цепей главного тока, возбуждения и управления; приборы
указательной, предупредительной и аварийной сигнализации; машинный телеграф;
пост управления гребными электродвигателями; вызывные клавиши и табло конт-
роля параметров в случае применения машин централизованного контроля, а также
аппараты дистанционного управления вспомогательными механизмами ГЭУ.
На рис. 6.4.4 показан пульт электродвижения ледокола „Москва”, а на
рис. 6.4.5 и 6.4.6 - пульт электродвижения атомного ледокола „Леонид Брежнев” и
мнемосхема на нем.
Данные по аппаратуре, применяемой в пультах и щитах электродвижения, при-
ведены в приложении.
§ 6.5. КОММУТАЦИОННЫЕ АП ПАРА ТЫ И ПОСТЫ УПРАВЛЕНИЯ
Для соединения генераторов и ГЭД между собой применяют специальные ком-
мутационные аппараты, называемые избирательными (или селекторными) переклю-
чателями, которые обычно имеют контакты для переключения как цепей главного
тока, так и цепей возбуждения, защиты в сигнализации. Переключение цепей произ-
водится в обесточенном состоянии.
Для каждого контура главного тока (системы генератор-двигатель) преду-
сматривается, как правило, один избирательный переключатель. Иногда предусмат-
риваются избирательные переключатели для каждого генератора, что позволяет су-
щественно упростить конструкцию переключателя и расширяет возможности приме-
нения его в различных схемах ГЭУ.
Конструктивно избирательный переключатель представляет собой аппарат, ана-
логичный контроллеру кулачкового типа с механическим редуктором, который
встраивается в щит электродвижения и управляется с лицевой стороны щита с по-
мощью штурвала. В табл. 6.5.1 приведены основные характеристики переключателей
серии ПС-69 без дугогашения в цепи главного тока.
В некоторых ГЭУ применяют коммутационные аппараты, обеспечивающие
включение и отключение главных генераторов без выводов из действия других элек-
трических машин ГЭУ. Такие аппараты имеют контакты, которые работают с
216
217
Рис. 6.4.2. Щит электродвижения судов типов ,Днепрогэс” и „Актюбинск”.
1 — вольтметр возбуждения главных генераторов с переключателем 3; 2 — амперметр возбуждения возбудителя главных генераторов
с переключателем 5; 4,47 — сигнальные лампы наличия напряжения; 6, 10 — сигнальные лампы „Вентилятор якоря ГЭД работает”; 7,11 -
сигнальные лампы „Основной (резервный) возбудительный агрегат работает”; 8, 12 — кнопочные посты вентилятора якоря ГЭД; 9, 14 -
кнопочные посты основного (резервного) возбудительного агрегата; 13 — сигнальная лампа „Замок избирательного переключателя воз-
будителей открыт”; 15 - переключатель возбудителей; 16, 17, 49, 50 - тахометры; 18 - переключатель постов управления; J 9 - сигналь-
ная лампа „Замок переключателя постов управления открыт”; 20 - регулятор возбуждения; 21, 22, 36, 37 - вольтметры главных генера-
торов; 23 — вольтметр возбуждения ГЭД с переключателем 24; 25 - машинный телеграф; 26, 27 - амперметр якоря 4-0-4 кА; 28 -
тахометр ГЭД; 29 - красная лампа „Температура подшипника ГЭД выше допустимой”; 30, 31 - красная лампа „Температура якоря
ГЭД выше допустимой”; 32 - красная лампа „Вентилятор ГЭД не включен”; 33 - красная лампа „Напряжение на ПУ отсутствует”;
34 -* зеленая лампа „Напряжение на ПУ”; 35 - пост управления; 38 - кнопка съема звукового сигнала; 39 - амперметр возбуждения
ГЭД с переключателем 40; 41 — красная лампа „Возбудительный агрегат остановлен”; 42, 43, 44, 45 — красные лампы „Перегрев гене-
ратора”; 46 — желтая лампа „Напряжение на цепях управления дизелями”; переключатель; 51, 52, 55, 56 — сигнальные ламп; «Вен-
тилятор генератора работает”; 53, 54, 57, 58 - кнопочные посты вентилятора генератора; 59 - избирательный переключатель; 60, 62 -
сигнальные лампы „Насос воздухоохладителя якоря ГЭД работает”; 61 — сигнальная лампа.
Уис. 6.4.3. Щит электродвижения ледокола „Леонид Брежнев”
I ~ секция управления; //- секция избирательных переключателей; Ш — секция переменного тока,’ 1,9 — штурвалы управления;
2, 10 — рукоятки перевода на ручное управление; 3, 13 амперметры; 4, 14, 25, 27 — вольтметры; 5. 12 - сигнальные лампы;
б, 15, 30 — мегаомметры; 7, 16 — ключи измерения сопротивления изоляции; 8, 17, 28 — добавочные устройства к мегаомметру;
11 — тахометр; 18, 19 — выключатели; 20—23 — выключатели с ручным приводом, 24 — автомат перемычки; 26, 29 — автоматы
питания; 31 — переключатель мегаомметра; 32 — кнопки управления; 33 — пост местного управления.
c J
s)
Рис. 6.4.4. Пульт электродвижения ледокола „Москва”: а — вид спереди; б — вид сверчу.
7 — манометр; 2 — указатель положения руля; 3 - часы; 4 — омметр с переключателем 5 ком р кнопки
табло схемы сигнализации главного генер тора и дизель-генератора-, 5 - амперметры , _ переключатель мест управления
проверки табло, амперметра и тахометра ГЭД, /7 пепельница; /2 телефон; . ' VKa31„jW|l мпературы генерато-
с сигнальным табло 33 и ответным выключателем 36; 15 мнемосхема; /О переключатель 2 7 генераторов; 21, 22 -
ров; 18 - переключатель телефонов; 19 переключатель вольтметра Л - о г% 2s? табло „Машины вклю-
переключатели указателя температуры 24 бортовых ГЭД; 25 указатель ус^в'
цены” - „Машины выключены с от в е тн ы^^ХТднзель генеза с ответным выключателем 34; 35 - таблотре^жнои
ветным выключателем 31, 33 табло частоты враш.«"" « ' ‘ пповеоки тревожном сигнализации,
сипилкмшш; J7 - переклю^тель СИГН.ЛИ..Ш.И; W 19 »»™« н » . _ ,з«мых»«« к» землю”:
40 - сигнальное табло; 41 - выключатель; 42 стол; 43 табло I ЭД „Готов к пуск.
44 - тахометры ГЭД; 45 - рукоятки постов управления.
222
Рис. 6.4.5. Пульт электродвижения ледокола ,,Леонид Брежнев”.
I, 11,111 — секции правого, среднего, левого ГЭД; IV — секция водяного охлаждения и телеграфа; 1,5— вольтметры; 2, 6 — ампер
метры; 3, 7 - амперметры возбуждения; 4, 8 — амперметры возбуждения якоря ГЭД; 9, 12 — мнемосхемы; 10 — цифровое табло;
11 — машинный телеграф.
От э/с К
110 ВI МЛ \W0Tifr360tybX
АЗН I
Отэ/сН
А2
АЗ
&LL
сво
л
вкл.
ИЗККЗК\
Ощд.
2$н
СВО
АВИ
•ызЪ,
вдз
Твозд
Оги
t71H
РИС. 6.4.6. Мнемосхема пульта электро-
движения:
Таблица 6.5.1. Технические характеристики избирательных переключателей
Тип переклю- чателя Коли- чество поло- жений Количество контактов, рассчитанных на ток, А Габаритные размеры LxBxH,мм Масса, кг
3000 1000 150 120 100 10
ПС-1208-1 4 8 7 12 560x458x1075 159
ПС-6902 5 ___ 10 — — 7 21 660x580x970 220
ПС-6904 3 8 — — 8 12 660x580x825 210
ПС-6908 5 — 10 4 — 6 29 660x580x1190 290
ПС-6909 5 — 10 О — — 22 660x580x970 230
ПС-6912 5 — 10 — — 9 11 660x580x970 225
ПС-6925 7 12 — — — 13 46 1050x700x1430 880
ПС-6926 5 — 9 — — 9 10 660x580x970 225
перекрытием: при включении машины сначала замыкаются главные контакты, а за-
тем размыкается шунтирующий контакт, при отключении — сначала замыкается
шунтирующий контакт, а затем размыкаются главные контакты.
В качестве коммутационных аппаратов в ГЭУ применяют также автоматические
выключатели, основные данные которых приведены в табл. 6.5.2. Такие выключате-
ли позволяют коммутировать главные цепи под напряжением.
Для переключения возбудителей и цепей возбуждения применяют избиратель-
ные переключатели возбудителей. По конструкции они аналогичны избирательным
переключателям главной цепи.
Посты управления служат для осуществления пуска, реверса, остановки и изме-
нения частоты вращения ГЭД.
В табл. 6.5.3 приведены характеристики постов управления с потенциометри-
ческими реостатами. В качестве постов управления применяют также машинные
телеграфы, которые в этом случае имеют специальный выходной валик для привода
задатчика мощности ГЭУ. Соединение телеграфа с задатчиком мощности может
Таблица 6.5.2. Технические данные автоматических выключателей
Тип выключа- теля Номи- нальный длитель- ный ток, А Номи- нальный ток рас- цепите- ля, А Номи- нальное напря- жение, В Макси- мальный ток включе- ния, А Макси- мальный ток от- ключе- ния, А Габарит- ные размеры L хВ хН, мм Масса, кг
АВ45-1/6000 6000 6 000 9 000 12 000 750 500x1216x695 350
АВ50 5000 3 500 560 110 000 50 000 310x380x550
1500 46
5 000
7500
АВ75 2300 7 500 10 000 560 120 000 80 000 350x380x550 56
АВ 100 10 000 560 350x380x550 56
Примечание. Выключатели типов АВ50, AB7S, АВ 100 - автоматические воз
душные выключатели с принудительным водяным охлаждением; цифры в знаме
нателе соответствуют длительному допустимому току без охлаждения; масса и га
баритные размеры относятся к двухполюсному исполнению.
224
Таблица 6.5.3. Технические характеристики постое управления ГЭУ
Тил поста управления Количество положений* Число контактов Масса, кг Габаритные размеры LxBxH, мм
Одинарные посты
ПУ 6924 ПУ 6924 16 19 2 3 120 120 385x375x1200 385x375x1200
ПУ 6928/2 15 24 140 450x420x1240
ПУ 6928/3 15 24 140 450x420x1240
ПУ 6928/4 15 — 140 450x420x1240
ПУ 6928/5 15 24 40 400x310x355
ПУ 6928/2** 15 150 400x420x1240
ПУ 6943*** 15 — 210 480x529x1297
Сдвоенные посты
ПУ 6907 8 — 140 385x375x1200
ПУ 6907 16 1 152 385x375x1200
ПУ 6907 19 3 140 385x375x1200
ПУ 6919 23 1 152 385x375x1200
ПУ 6928/7 15 30 180 420x450x1280
ПУ 6942/3 17 22 180' 140x300x1200
ПУ 6942/5 — — 190 865x450x1290
ПУ 6942/15 15 24 85 720x350x360
ПУ 6942/16 — — 132 960x460x1150
* Указано количество положений рукоятки ПУ в одну сторону от нулевого.
** Двухрукояточный пост.
*** Пост с сервомоторным приводом, обеспечивающим выдержку времени 3-7с.
производиться непосредственно либо с помощью механической или электрической
передачи.
Кроме потенциометров в качестве задатчиков мощности ГЭУ применяют также
сельсины, вращающиеся трансформаторы и коммутаторы с герметическими контак-
тами типа, .геркон”.
§ 6.6. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ, ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ
Охлаждение электрических машин, выпрямительных полупроводниковых уста-
новок, щитов электродвижения может быть воздушным и водяным.
Воздушное охлаждение машин осуществляется по замкнутому или разомкну-
тому циклу через воздухоохладители, охлаждаемые обычно забортной водой. В ряде
случаев целесообразно применять двухконтурные системы охлаждения с пресной
водой в первом контуре и забортной водой во втором. Эго позволяет повысить на-
дежность воздухоохладителей выпрямительной установки,
Для охлаждения применяется принудительная вентиляция с помощью электро-
вентиляторов, устанавливаемых на машине или отдельно, либо крылаток, располо-
женных на валу ротора машины (самовентиляция). Дистанционный контроль темпе-
ратуры воздуха и охлаждающей воды производится логомеграми с термометрами со-
противлений, местный контроль - биметаллическими термометрами. При использо-
вании машины цендмлизованного контроля (МЦК) датчики контроля температуры
подключаются на специальные преобразователи неэлектрических величин для выдачи
сигналов в вычислительное и регистрирующее устройства МЦК.
225
Применение водяного охлаждения позволяет уменьшить габариты электрообо-
рудования и создать коммутационные аппараты и реакторы на большие токи. Охлаж-
даемая вода должна быть высокой чистоты с удельным электрическим сопротипле
нием не ниже 100 кОм • см. В качестве примера на рис. 6.6.1 приведена принципиаль-
ная схема системы водяного охлаждения щита электроде иження ледокола „Леонид
Брежнев”.
Охлаждающая вода циркулирует в замкнутой системе, в которой предусмотре-
ны насос 7, термометры биметаллические 2, манометры 3, охладитель 4, фильтр ме-
ханической очистки 5, фильтр ионообменный 6, клапаны дроссельные 7, датчики
удельного электрического сопротивления 5, диафрагмы 9, дифференциальные мано-
метры 10, термометры сопротивления 11, датчики сигнализатора уровня 12 и бак
компенсационный 13.
Вода подается насосом в охладитель, где охлаждается забортной водой до тре-
буемой температуры, затем проходит фильтр механической очистки, поступает в
охлаждаемые секции щита электродвижения ЩЭД и возвращается в насос. Часть воды
проходит постоянную очистку в ионообменном фильтре 6, установленном на байпасе
насоса, благодаря чему поддерживается необходимое удельное электрическое сопро-
тивление воды.
Рассмотренный принцип системы водяного охлаждения Может быть применен
также для другого типа электрооборудования, в частности для охлаждения обмоток
Рис. 6.6.1. Принципиальная схема системы водяного охлаждения
щита электродвижения.
226
электрических машин и полупроводниковых приборов выпрямительных установок
и преобразователей.
В системе предусмотрен также второй насо (на рис. 6,6.1 ие показан) со своим
охладителем, механическим и ионообменным фильтрами. Один насос находится
в работе, другой в резерве. Пуск резервною наии а происходит автоматически при
снижении нормального расхода воды и удельного электрического сопротивления по
сигналам соответствующих датчиков. При уменьшении расхода или удельного элек-
трического сопротивления ниже допустимых значений выдаются сигналы иа ограни-
чение мощности ГЭУ и включение предупредительной сигнализации.
Охлаждение подшипников генераторов производится от масляной системы пер-
вичного двигателя. Система смазки обычно гравитационная < применением расход-
ной цистерны и дополнительных масляных насосов (основного и резервного), обеспе-
чивающих необходимый перелив масла в системе. Охлаждение подшипников ГЭД
осуществляется от отдельной масляной системы либо подшипники выполняются с
самосмазкой. В последнем случае в корпусе подшипника предусматривается масля-
ная ванна (резервуар), а на валу диски и ковши. Оба способе охлаждения пример-
но равнозначны, и выбор производится при проектировании.
§ 6.7. ОЦЕНКА МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ГЭУ
В начальной стадии проектирования судна необходимы приближенные массога-
баритные характеристики основных элементов ГЭУ для определения объемов поме-
щений, где размещается электрооборудование, и расчета массовой нагрузки. В случае
отсутствия прототипов можно рекомендовать следующее определение массы и объе-
ма основного оборудования: для ГЭУ с преобразователями энергии в статорных це-
пях масса ГЭД составляет 65-70%, объем 40-70%; масса генераторов 20—25%; объ-
ем 15-19%; масса преобразователей 4-5%, объем 14—15%; масса щитов 3-4%,
объем 5—7%; масса вспомогательного электрооборудования 4—5*, объем 3-9% [?].
Для приближенной оценки массогабаритных характеристик перспективных ГЭУ
можно принимать следующие удельные показатели (без учета первичных двигате-
лей): 12—17 кг/кВт при мощности от 50 до 100 МВт и 8 кг кВт при модщостя
200 МВт.
Таблица 6.7.1. Массовые характеристики вариантов ГЭУ
Электрообо- рудование Мощность ГЭУ, МВт
3,3 8 22 54 75
G, т G/G£, % G,t % G.t % G.t GIG^, % G,t G/GS, %
Генераторы 44 40,8 64 27 120 24,4 204 22 252 30,5
Преобразов а- 4,3 4 13,6 5,7 27 5,5 42 4,5 — —
тели 10,1
Щиты 8,2 7,6 6,5 2,8 11 2,3 21 2,2 23
Вспомогатель- ное электрообо- 3,2 2,6 11 4,5 16 3,4 33 3,6 35 4,4
рудование ГЭД 49 45 142 60 316 64.4 630 67,7 453 55
108,7 3 100 237,1 100 490 100 930 100 823 100
Удельная мае- 2,8 29,7 22,2 17,1 11
са, кг/кВт
Примечание.G — масса элемента ГЭУ; G^ - общая масса ГЭУ.
Таблица 6.7.2. Объемные характеристики вариантов ГЭУ
Мощность ГЭУ, МВт
Электрообо- рудование к 3,3 8 22 54 75
V, м3 1 % Г.м3 V/V& % Г.м3 % fl>M3 v/УЪ % V, м3 Г/FS» %
Генераторы 16,5 19,6 41 19 85 15,8 186 16,4 236 18,7
Преобразова- тели 5,76 6,8 34 15,8 80 14,8 156 14,2
Щиты 13,7 16,3 32 14,8 36 6,7 48 4,6 115 9,0
Вспомогатель- ное электрообо- 5,4 6,3 18 8,4 17 3,2 31 2,8 40 3,3
рудование ГЭД 42,8 51 90 42 320 59,5 684 62 870 69
84,16 100 215 100 538 100 1105 100 1261 100
Удельный объем, м3/МВт £>,6 26,6 24,2 21 3,4 16,8
Примечание.К- объем элемента ГЭУ; V^- общий объем ГЭУ.
I
В табл. 6.7.1 и 6.7.2 приведены массогабаритные характеристики пяти вариантов
ГЭУ различной мощности судов разного назначения:
- дизель-электрической ГЭУ с единой электростанцией мощностью 3,3 МВт пе-
ременно-постоянного тока;
- дизель-электрической ГЭУ переменно-постоянного тока мощностью 8 МВт с
неуправляемыми выпрямителями (НВ) для краново-монтажного судна с восемью
дизель-генераторами;
- дизель-электрической ГЭУ переменно-постоянного тока мощностью 22 МВт с
НВ для двухвинтового судна с четырьмя генераторами;
- турбоэлектрической ГЭУ переменно-постоянного тока мощностью 54 МВт с
НВ для трехвинтового ледокола с шестью генераторами;
- турбоэлектрической ГЭУ переменного тока без статических преобразователей
мощностью 75 МВт для двухвинтового супертанкера ледового плавания с четырьмя
турбогенераторами.
§6.8 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ГЭУ
6.8.1. Определение мощности ГЭД, генераторов и первичных двигателей. В пер-
вом приближении мощность ГЭД определяется по буксировочной мощности на винте
ЕРН, обеспечивающей получение заданной скорости судна, из выражения
ЕРН
^пр^вп
(6.8.1)
где ^пр - пропульсивный коэффициент гребного винта; ?)вп - КПД линии валоппо
вода.
В случае применения ГЭД в многоякорном исполнении или работы на один
гребной вал нескольких двигателей мощность Рд является суммарной мощностью
всех якорей или двигателей.
Номинальная частота вращения ГЭД определяется по характеристикам в
для основного режима (швартовная, буксировочная, при ходе в свободной вопе^™
зависимости от назначения судна. 1
228
Суммарная мощность генераторов находится по выражению
^кЛл
(6.8.2)
Где z - количество гребных винтов равной мощности; г?д, пк , Г)п - соответствен-
Ж> КПД гребного электродвшагеля, кабельной сети полупроводникового преобра-
зователя в случае его применения.
При нескольких винтах неравной мощности выражение (6.8.2)
Ер =(—я1 + Ь-f д? + „ + _ 1
\ 4ii 4i2 Чхл /
принимает вид
(6.8.3)
Суммарная мощность первичных двигателей определяется по выражению
П.Д
El
(6.8.4)
где 7?г — КПД генератора.
Для судов с переменным режимом работы (ледоколов, судов ледового плава-
ния, буксиров и т. п.) недостаточно производить выбор параметров ГЭД только по
основному режиму работы судна. Для этих судов номинальную мощность ГЭД необ-
ходимо определять по току (моменту) в основном режиме, напряжению (частоте
вращения) при ходе в свободной воде и в режимах взаимодействия винта<х> льдом.
Для ГЭД ледоколов и судов ледового плавания режим взаимодействия гребного
винта со льдом является наиболее тяжелым (см. п. 1.2.5). Поэтому мощность ГЭД
ледокола следует определять не по выражению (6.8.1), а с учетом эквивалентного
момента Мэ, который вычисляется по формуле [ 19]
Мэ
^в+л*вз + ^в*п
*вз + ?п
(6.8.5)
где Гвз - время взаимодействия гребного винта со льдом; Гп - время паузы. Тогда
мощность ГЭД ледокола Рд, кВт, определяется по выражению
р _ ' Ю3
д 975
где М - эквивалентный момент, т м; - номинальная частота вращения, об/мин.
Па основании полученных при расчете данных из каталогов и других норматив-
ных документов выбирают конкретные типы ГЭД генераторов и первичных двига-
телей. По параметрам выбранного оборудования производится в обратном порядке
проверочное определение буксировочной мощности. При необходимости характе-
ристики гребного винта приводятся в соответствие с характеристиками выбранных
элементов ГЭУ или, наоборот, на основании данных расчета принимается решение о
разработке нового оборудования с требуемыми характеристиками.
6.8.2. КПД ГЭУ и ее элементов. КПД ГЭУ учитывает потери в элементах ГЭУ,
участвующих в передаче мощности от первичных двигателей к гребному винту, и
является отношением буксировочной мощности на винте к мощности на фланцах
первичных двигателей. Общий КПД ГЭУ определяется с учетом пропульсивно-
го коэффициента гребного винта ?? и КГЩ элементов ГЭУ - гребногЬ электродви-
гателя 7)д, главного генератора 1?г, линии валопровода Т7ВП, кабельной сети 7)кх и
преобразователя частоты или тока 7)пп (в случае его применения):
^ГЭУ 77пр7?впт?дг7к.ст7п.пПг’
(6.8.6)
229
КПД системы электродвижения Т]эа (отношение мощности на фланце ГЭД к
мощности на фланце первичного двигателя) определяется по выражениям
^эд ^д^к.с^п.п^г
или
где Рп д — мощность на фланце первичного двигателя; ДР д, ДРК с, АРп.п и г —
потери в ГЭД, кабельной сети, полупроводниковом преобразователе и генераторе.
На ранних‘стадиях проектирования ГЭУ, когда отсутствуют каталожные или
расчетные данные, для предварительных оценок принимают ориентировочные значе-
ния КПД по опыту проектирования или по данным построенных ГЭУ
Пропульсивный коэффициент гребного винта определяется в соответствии с
выражением, приведенным в п. 1.2.3.
КПД валопровода учитывает потери в подшипниках (опорных, упорном, дейд-
вудном) и при кормовом расположении ГЭД для предварительных оценок обычно
принимается равным Цвп = 98,0-^98,5%.
Мощность потерь в кабельной сети зависит от сопротивления трассы и тока в
главной цепи; для предварительных оценок обычно принимают 7?к с =98-j-99%.
КПД полупроводниковых силовых преобразователей зависит от падения напря-
жения на диодах, в трансформаторах, реактивных элементах и определяется их ти-
пом, количеством и схемой преобразования; приближенно принимают 7}„г=98-7-
-99%
После разработки новых элементов производится уточненный расчет КПД ГЭУ
по значениям потерь или КПД взятым по. результатам расчетов. При этом КПД глав-
ных генераторов и ГЭД определяются без учета потерь на возбуждение и вентиляцию
(кроме машин с самовентиляцией), так как питание обмоток возбуждения и элек-
тровентиляторов электрических машин ГЭУ производится от судовой сети.
Для нахождения наиболее экономичного режима работы ГЭУ необходимо знать
суммарный расход топлива и зависимость КПД системы электродвижения от мощ-
ности установки.
Исходными данными для расчета являются.
- схема главного тока;
- КПД элементов цепи главного тока в номинальном режиме;
- для электрических машин - потери в номинальном режиме: механические
. мех в меДН ; в стали ДРс = Ф2л1’®; в переходном контакте
ДР '- / и добавочные ДРдоб - I2
Потери суммируют в две группы. ДР ,=/(/) и ДР 2 =/ (л) при разных значениях
Ф или ДР2 =/ (Ф) при разных значениях п.
Задаваясь рядом значений п, I и Ф, определяют потери и затем строят для каж-
дой машины зависимости ДР, =/(/) и ДР. ~/(л) или ДР2 =/(Ф) [ 19]
Глава 7
НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЯ ГЭУ
§ 7.1. ЦЕЛЬ И ОРГАНИЗАЦИЯ НАЛАДКИ ГЭУ
Наладка ГЭУ - заключительный этап постройки или ремонта судна. Целью нала-
дочных работ является получение заданных характеристик ГЭУ в статических режи-
мах и удовлетворительного протекания переходных процессов при устойчивой рабо-
те установки. Наладка включает в себя целый комплекс мероприятий, среди кото-
рых наиболее важны следующие проверка правильности монтажных схем и замер
сопротивлений всех цепей, определение полярности включения обмоток, проверка
цепей и аппаратов управления, снятие и подрегулировка характеристик отдельных
элементов ГЭУ, настройка машин и элементов ГЭУ определение тока стоянки ГЭД
проверка режимов работы ГЭУ и устойчивости работы ГЭУ со всеми включенными
с б ратными связями, регулировка^параметров узла стабилизации при различных ре-
жимах работы ГЭУ и судна, регулировка параметров цепей обратных связей, обеспе-
чивающих ограничение тока в главной цепи при пусках и реверах ГЭД а также при
ударах винта о лед.
Наладочные работы могут быть начаты только после окончания всех работ по
внешнему и внутреннему монтажу схем ГЭУ и расконсервации аппаратуры и элек-
трических машин. К началу работ монтажная организация представляет акт прием-
ки монтажа и результаты проверки штатных контрольно-измерительных приборов,
произведенной на месте.
Наладочные работы выполняются специальной бригадой, в состав которой вхо-
дят инженеры и техники, изучившие проектные материалы по ГЭУ, знакомые с рабо-
той и взаимодействием отдельных узлов и схем, их характеристиками и методами
наладки.
Количественный состав бригады определяется на основании графика работ в
зависимости от времени, отведенного для наладки в плане постройки судна. Обычно
бригада составляет 5-6 человек, что позволяет при необходимости организовать
трехсменную работу.
С началом работ должен быть заведен „Журнал наладочных работ”, в котором
отмечаются все изменения, производимые в схемах при наладке (вплоть до отклю-
чения или подключения отдельных жил кабелей) с указанием даты и цели произве-
денного изменения. Здесь же записываются все результаты измерений параметров
системы, получаемые в процессе наладки н окончательные, а также значения всех
установочных сопротивлений, выставляемые на щите.
Все постоянные изменения, вносимые в принципиальные или монтажные схемы,
наносятся на контрольный чертеж.
На падка ГЭУ судов различных типов осуществляется по разным програм-
мам, отражающим специфику ^системы. Вместе с тем можно выделить два основ-
ных этапа выполнения этих работ: 1) подготовительные работы; 2) настройка
системы.
Основным официальным документом, регламентирующим наладочные работы и
все виды испытаний по этим двум этапам, является график выполнения работ.
При определении времени, необходимого для производства наладочных работ, и
состава бригады ориентируются на работу наладчика средней квалификации, подго-
товленного теоретически и практически для работ по наладке схем ГЭУ. ____
Ниже приводится расчет времени наладочных работ применительно к схеме
ГЭУ портового ледокола:
231
Число pa-
Подготовительные работы Почих
часов
1 Подготовка рабочего места, подбор приборов и т. д... 15
2. Проверка цепей всех схем и контакторов без напряжения 40
3. Проверка схемы сигнализации под напряжением......... 20
4 Проверка схемы дистанционного управления дизелями, ра-
боты контакторов возбуждения генераторов под напряже-
нием .................................................. Ю
5. Проверка выпрямителей, работы постов управления .... 20
6. Пуск возбудительных агрегатов, проверка полярности об
моток возбудителей и генераторов.................. 25
7. Проверка узлов возбуждения всех ГЭД .......... 20
8. Настройка реле и проверка их работы............. 25
9. Пуск дизелей, проверка и настройка в действии схемы уп- ,
равнения дизелями и защиты дизелей..................... 15
10. Возбуждение генср ггоров, проверка действия ОВГ, наст-
ройка реле напряжения............................... 25
11. Пуск ГЭД и окончательная проверка действия всех цепей
аппаратов и полярности всех обмоток.................... 30
12. Настройка максимального реле........................ 10
Итого.................................... 255
Настройка схемы на упоре'
13. Подготовка схемы и определение исходных параметров
во всех режимах...................................... 30
14. Настройка сопротивлений в цепях ОВГ................... 20
Настройка всех возбудителей генераторов во всех режи-
мах работы ГЭУ, выставление штатных сопротивлений . . 40
16. Настройка первого каскада всех регуляторов мощности 30
1 . Настройка всех возбудителей ГЭД и регуляторов мощ-
ности во всех режимах работы ГЭУ ............... , 35
18. Снятие характеристик узлов возбуждения ГЭД ' ’ 20
19 Настройка сопротивлений постов управления на всех поло-
жениях .
............................... 40
Итого ................
Настройка в период ходовых испытаний
20.
21.
22.
ГЭУ “ "*"* ш>да- l,,CTeT " '“чрой-
ка узла возбуждения ..... *
Проверка работы ГЭУ в переходных режимах .
/иоича адьная проверка и настройка узла возбуждений
ГЭД иа упора (после режима хода в свободной воде)
Итого
60
30
30
120
23. Неучт иные и непредвиденные работы...............
Всего ....................
232
сГгпляяпж ® реальных сроков проведши м.
дочных работ (обычно 15 20 дней),
При составлении графика учитывается, что наладочные работы у стенки завода
можно производить при увеличенном состав* бригады, тогда как при выходе судна в
море число наладчиков должно быть минимальным Минимальным можно считать
состав бригады в четыре человек* - с учетом организации двухсменной работы по
наладке Г ЗУ и вахты для обеспечения ходовых испытаний судна и обучения личного
состава.
График наладочных работ по ГЭУ порто -ого ледо! а, составленный по дням
наладки с учетом вышеизложенного, представлен на рис. 7.1.1. Графиком определен
количественный состав наладочной бригады при работе у стенки завода шесть че>-
ловек, при выходе судна на ходовые испытания четыре человека. Во время наладки
Мы работ (сн.п 7.1.1) КалонОарные Они с начала налаОкц
1 2 3 4 5 б 7 б 9 10 11 12 15 14 15 16 17 18
1 н
2
3 -ч
4
5 н- ч
б к ч
7
8 I—
0 -4
10 —н
11 к ч
12 н
13 к ।
14
15
15 <
17 —
18 к
19 ь ч
20
21
22
23 к- н н
• ж ОоЗпча на пряжения нашит ПН/ •
Мощность отМ?
РаЛтаДГ
Мота ЯМ
СостаВ бриаа- Вы, чал. б 6 б б б б 6 б 6 6 6 6 б 4 4 4 4 4
Чисм CHW 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Рис. 7.1.1. График наладочных работ по ГЭУ портового ледокола.
«епегу члены бригады обрабатывают
лепной воде ост^^^оектированиый комплект чертежей.
ГЭУ при ходе в св°б Подготавливают otkoj Р
материалы наладки
§ 72 ПОДГОТОВИТЕЛЬНА РАБОТЫ ПО НАЛАДКЕ ГЭУ
s 7г л изучение технической документации по
К подготовительным работам «"«иг фика наладки. проверка мента-
проД данной ГЭУ; и настройка аппаратуры; проверка и
жа, измерительных прибор » гэу
опробование электрических схем n(J моНтажным схемам определяются
7.2.1. Проверка монтажа- На даюю кабелей и их креПление, место установки
ошибки монтажа, маркировка,.разд ий> соответствие монтажа требованиям
аппаратуры, надежность болтовых соед
Правил Регистра СССР. отсутствие повреждений изоляции, обмоток и
При осмотре следует проверить * коллекторов, щеточного аппарата,
стою, якорей электрических.« состо^
правильность включения катуше2“ , атушек возбуждения, чередования допол-
Проверка правильности вклю й али осуществляется индукционным
нигеХх полюсов. ^Хв' ком1£ - М™ Хриборо. [ 19]. При про-
методом с использованием воль „ дротавокомпауядиых обмоток в испы-
схему" в^чюот сопротивления, ограничивающие ток в этих цепях в до-
ПУ^“ асо^Х последовательной и параллельной обмоток у двигателей смен
шанного SXhhh проверяют по направлению вращения двигателя при пуске с
овэекльк^м включением обмоток. Для ограничения частоты вращения двигателя
S^Хкдекии только одной противокомпаундной обмотки следует подводить к
якорю пониженное напряжение.
7 2 2 Регулировка и настройка аппаратуры. Проверя гея дейс е ; ратуры;
производится настройка реле на расчетные уставки; регулируются контакты избира-
тельных переключателей, главных и вспомогательных контакторов; настраиваются
на заданные частоты вращения серводвигатели и регулируются конечные вык ючате-
ли; проверяются и настраиваются посты управления ГЭУ.
При наладке поста управления проверяют правильность разбивки сопротивле-
ний по положениям и их соответствие проектным данным. При необходимости под-
регулировки поста управления собирается схема, приведенная на рис. 7.2.1. Вместо
штатной нагрузки поста управления - обмотки возбуждения возбудителя ОВВ ис-
пользуется эквивалентное сопротивление 1?экв. Пост должен иметь строгую фикса-
цию на всех положениях.
При наладке контакторов и реле иногда возникает необходимость регулировки
зазоров, нажатия пружин, плотности прилегания сердечника к ярму, а также мо-
мента срабатывания вспомогательных контактов. Легкость перемещения якоря при
замыкании контактора или реле определяется вручную.
Настройку реле напряжения производят с помощью схемы, приведенной на
ри . /.2.2. Сопротивление реостата, включенного последовательно в цепь катущки
еле вы рается равным 10—30% сопротивления катушки. Эта же схема может
мального тока настройки реле макси-
шунт. Катушка’и « УШки к°торых включены на
та, и к их заж амперметр отключаются от шун-
этом случае вИМам п°Д®одятся концы от схемы. В
веДУт по показ^и» етр Не тРебУется; настройку
точника питание амПеРметра. В качестве яс-
ного тока, кптлг./м0^110 брить генератор постоян-
напряжения nnf», можно возбудить до значения
2JOIX) реле m напряжение испыту-
нодить при пабпиом '°' Настройку следует произ-
Для настпойк«Л темпеРаТУре обмотки реле.
Делах 50-300 д КИТоКовых реле с уставкой в пре*
операторами «3До^Но пользоваться сварочными
^кумуляторными батареями-
Рис. 7.2.1. Схема проверки
поста управления.
234
Регулировка репе времени осуществляется при помощи электрического секун-
домера. Выдержка времени электромагнитных реле зависит от толщины немагнитной
прокладки и натяжения пружины.
Настройка реле давления, срабатывающих при понижении частоты вращения ди-
зеля до 30% номинального значения, производится регулировкой пружин.
Центробежные реле в схемах Г ЗУ, предназначенные для защиты ГЭД от повы-
шения частоты вращения при поломке винтов, испытываются на отдельной установ-
ке и настраиваются либо регулировкой пружин, либо соответствующим расположе-
нием грузов.
Настройка серводвигателей, приводящих в движение потенциометры управле-
ния ГЭУ, производится с целью обеспечения оптимального переходного процесса во
время маневров. Скорость переходного процесса ограничивается величинами допу-
стимых бросков тока, значениями напряжения и мощности рекуперации при тормо-
жении ГЭД. Регулировка частоты вращения серводвигателей осуществляется путем
подбора сопротивлений в цепях их обмотки возбуждения и якоря.
В процессе наладки возможна подрегулировка напряжения датчиков тахомет-
ров при помощи магнитного шунта в небольших пределах (± 10%) В ряде случаев
этих пределов недостаточно. Это указывает на то, что вследствие ударов и колебаний
температур в процессе хранения, транспортировки, монтажа произошло размагничи-
вание тахогенераторов. В судовых условиях намагничивали •: тахогенераторов произ-
водят следующим образом. На полюса или станину наматывают о'мотку из изолиро-
ванного провода. МДС при намагничивании определяет ся пытным путем и пример-
ным расчетом.
Схему намагничивания кратковременно подключают через рубильник к судовой
сети постоянного тока. Плавкая вставка, ограничивающая силу тока, выбирается та-
кой, чтобы она сгорала в течение 0,5—1 с и обеспечивала .чео^иэдиммй ток в витках
намагничивающей обмотки (рис. 7.2.3).
7.2.3. Измерение параметров установки. Производится измерение сопротивле-
ния изоляции всех элементов и схем ГЭУ, сопротивлений обмоток машин, балласт-
ных сопротивлений и сопротивления цепи главного тока. На этом этапе желательно
определить постоянные времени всех элементов и электрических цепей схем ГЭУ,
которые потребуются в дальнейшем при расчетах и выборе оптимальных параметров.
Все сопротивления в цепях управления и возбуждения ГЭУ должны соответствовать
расчетным значениям.
7.2.4. Проверка и опробование электрических схем ГЭУ- Проверяется прежде
всего правильность включения всех обмоток возбуждения возбудителей, генерато-
ров, ГЭД а также согласованность работы генераторов, ГЭД (при нескольких вин-
тах) и якорей двухъякорных ГЭД.
Правильность включения обмотки самовозбуждения проверяют при работе воз-
будителя после подачи напряжения в цепь его независимой обмотки. Если при замы-
кании цепи обмотки самовозбуждения напряжение на выходе возбудителя возраста-
ет (при этом наблюдают за показанием вольтметра возбудителя), то обмотки само-
возбуждения и независимая включены правильно и действуют согласно. При встреч-
ном включении обмоток самовозбуждения и независимой (неправильное включе-
ние) будет значительная недогрузка ГЭУ
на всех положениях рукоятки поста уп-
равления по сравнению с проектной
мощностью.
Влияние настройки цепи обмотки
самовозбуждения на характеристики
ГЭУ показано на рис. 1.4.11, б. При
уменьшении добавочного сопротивления
в цепи обмотки самовозбуждения будет
иметь место недогрузка, а при увеличе-
нии — перегрузка ГЭУ по сравнению с
проектным значением.
Обязательным условием при наст-
ройке цепи обмотки самовозбуждения
(трехобмоточных возбудителей, ЭМУ
Рис. 7.2.2. Схема для настройки реж
напряжения.
Р — реле; Г — генератор стебельного
напряжения; ПД — приводной дваггге»
генератора.
Рис. 7.2.3. Схема для намагничивания
тахогенераторов.
г опольного поля) является условие, чтобы суммарное сопротивление э Л цепи
обмотки самовозбуждения «осв и дойво-тное сопротивлениеЯдо6)
было больше критического значения Л , т. е. ЯОСЕ * «до6 > Ккр- в противном слу-
«Гвозможно самовозбуждение и, каЛледствие, неустойчивый режим с автокоде-
ба киями ГЭУ. МДС обмотки самовозбуждения по отношению к МД< независимой
обмотки обычно составляет не более 50%. -
МДС обмотки обратной связи по току (ОСТ) или токовой обмотки ЭМУ возбу-
дителя рассчитываются, как правило, из условия допустимого тока главной цепи при
заторможенном ГЭД. В различных ГЭУ ток стоянки ГЭД колеблется в пределах от
1,1 до 1,7 номинального значения.
Перед включением ОСТ сначала проверяют ее полярность по отношению к неза-
висимой обмотке возбудителя. Для этого собирают схему при отключенной ОСТ, за-
пускают главный генератор, а затем возбудитель. Рукоятку поста управления перево-
дят в первое положение, не допуская большого значения тока в главной цепи (не бо-
лее 0,5 номинального значения). Возбуждение ГЭД при этом может быть отключено.
Определяют полярность напряжения на концах проводов, подводящих питание
к ОСТ, касаясь концами этих проводов клемм ОСТ и наблюдая за показаниями ам-
перметра цепи главного тока. Уменьшение тока свидетельствует о том, что ОСТвклю-
чена правильно. При неправильном подключении ОСТ в системе возникает режим са-
мовозбуждения при чрезмерном увеличении тока. Поэтому перед наладкой следует
тщательно проверить работу максимальной защиты.
Расчет настроечного сопротивления в цепи ОСТ производится при определении
статических характеристик. При регулировании настроечного сопротивления механи-
ческие характеристики ГЭД изменяются, как показано на рис. 1.4.11, в. Настроечное
сопротивление в цепи ОСТ устанавливается при наладке так, чтобы при выключен*
ном возбуждении ГЭД и положении рукоятки поста управления „самый полный
вперен ток в главной цепи был равен заданному по проекту значению тока стоянки
(пример установки настроечного сопротивления приведен в п. 7.5.1).
Уст ковочное сопротивление в цепи независимой обмотки возбудителя выбран
вильно, если напряжение, замеренное на обмотке, совпадает с расчетным значе
т 71 УпРавления должен быть предварительно отрегулирован-
перегружена* (Тм ™ЛИ, д)У бУДСТ недогРУжена, а при уменьшенном, наобор
вращения0 дизелей РегУлированием мощности в функции
сниж Xw ^аХяЦе^з^ЛИрУЮЩеЙ обмотки настрО1Ш ТаК яТме^
лось. 101 Дизеля напряжение возбудителя генератора ум
- ГенеРат°ров заключается в опр(;Д?лД1^атоР^®’
получающих возбужден» °Т возбудителя и согласовании Э ДС генР
«ого тока. У от одного возбудителя и включенных в один контур
236
Настройка контура возбуждения ГЭП сводится к
чения подводимого к обмотке возбуждения напряжений П™^ ПОЛЯРНости и ’«*•
тивлеиие в цепи обмотки возбужденияг двига^еХи СОПР<>
тать номинальное значение я основном режиме работы ГЭУ ПповепястД^" ПР<*Ы‘
вильносзг чнй регулировки возбуждения Г^Д п^и «^АХ^рабХ
ГЭУ, правильность переключений сопротивлений в цепи обмоток возбуждений из7£
рательным переключателем при наборе различных схем главного тока ГЭУ. Пои паз-
личной настройке цепи обмотки возбуждения двигателя будут получены различные
механические характеристики (см. рис. 1.4.11, г).
На этом же этапе наладочных работ осуществляют проверку схем запиты и
сигнализации. Сначала проверяют на правильность включения электроизмерительные
приборы. Затем производится пробный пуск установки (обычно в швартовном ре-
жиме) . При этом тщательно осматривают все элементы установки. Пробный пуск на-
чинают с самого малого хода ГЭД вперед, затем задают самый малый ход назад. Да-
лее проверяют работу ГЭУ при других положениях поста управления вплоть до само-
го полного хода. Такое опробование производится для каждого контура ГЭУ от-
дельно.
После пробных пусков ГЭУ регулируется распределение частоты вращения
гребного винта в зависимости от положения рукоятки поста управления, а также
загрузка главных генераторов и проверяется загрузка ГЭУ в птвартонном режиме и
при ходе судна в свободной воде.
Методика настройки системы автоматического регулирования ГЭУ рассмотрена
подробно в § 7.5 на примере ГЭУ портового ледокола.
§ 7.3. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА, ИМИТИРУЮЩИЕ НАГРУЗКУ ГЭУ
В ПРОЦЕССЕ НАЛАДКИ И ИСПЫТАНИЙ
Поиски путей повышения качества приемо-сдаточных испытаний при nmcpame-
нии их длительности и стоимости привели к широкому внедрению испытаний судов с
ГЭУ у стенки завода с использованием различных устройств, имитирующих нагрузку
системы. Ходовые испытания при этом не требуются. Выбор способа и средств ими-
тации нагрузки ГЭУ в период постройки определяет не только технологический про-
цесс настройки, но и необходимость разработки новых или приспособления старых
средств технологического оснащения.
В настоящее время используются следующие способы имитация нагрузки:
- с помощью разгрузочных устройств различной конструкции, дозволяющих
получить в швартовном режиме искусственные ходовые характеристики гребного
винта (к этим способам относятся подбор осадки кормы, разворот лопастей ВРИ,
применение кольцевых и циркуляционных насадок на винт, подвод воздуха к винту
и другие способы);
— с помоппло нагрузочных устройств в виде активных активно-индуктивных)
сопротивлений, являющихся нагрузкой генераторных агрегатов и ГЭД, работающих
в генераторном режиме;
- взаимное нагружение отдельных агрегатов ГЭУ;
— работа на береговую сеть. ____
Применение разгрузочных устройств имеет главной целью обеспечить возмож-
ность выполнения окончательной наладки и проведения полноценных испытаний ГЭУ
у стенки завода без выхода на ходовые испытания. После проведения испытаний у
стенки завода производится ревизия главных и вспомогательных машин ГЭУ, об-
служивающих механизмов, устройств и систем. Устранение выявленных дефектов
при этом осуществляется более качественно, чем в условиях моря, с использованием
производственно-технической базы судостроительного завода, а проведение регули-
ровочно-наладочных работ, окончательных испытаний и ревизии ГЭУ и обслужива-
ющих механизмов выгодно сочетается с выполнением отделочно-окрасочных работ
на судне. По рассматриваемой технологии проводились приемо-сдаточные испытания
ГЭУ рефрижераторов типов „Таврия”, „Зеленодольск" и др. Применение разгрузоч-
ных устройств существенно облегчает наладку схем электроходов в аварийных и
экономических режимах, позволяя добиться отбора полной мощности ГЭУ на
237
яепопьзуютоя при мощности установки да
иные устройства п
каждом ИЗ НИХ. Р*3’]?3? , 3 м [ 20,57 J - рЩ моГут бьГГЬ окончательно отре,
2 МВт и диаметр в - синхронном 1 Д получению искусственной ходо-
„у переме№^а ммда б^Д»Р» „ счст ют, „Д
гулироваяы к »н>™ ‘ ШВ^™Х „Маяковский", „Пионер” и „р.
В°“» ягпГэгот метод использовался на да ных нагрузочных устройств по-
'T!,SXl*'№>’K‘ С"ГнХе"“«овых электростанций 6лагодаРя от-
лучилсеврское распроетранениепри »j»Ш * высокой точности получаемых ре-
небольшим кашпюшнмм за Р нагрузочными устройства, определи-
стабильность нагрузки “ЗД охлаждающсй среда и тепловым уво-
X. в основном двумя факторами. мпротавш ния материала токоведу-
дом. обусловленным з“и™м°<Х^,ьная мощность ГЭД ледоколов типа .Леонид
них частей от температуры, зналиа можность обеспечения необходимого упора
Брежнев" и, как “е«отве елили наладку и испытания ГЭУ при отсоеди-
ледокола у стенки завода пр®°“Рв" ЭОЧНого реостата мощностью 9000 кВт при
ненных винтах с использованием н/ гэД подключалсЯ к штатному генератору,
напряжении 1000 В. При этомрХсгату,охлаждаемому водой. Это позволило
а второй его якорь - к нагрузоч сооружение которого потребовались бы
без строительства специального ’ еЩ1ТЬ проверку электрооборудования, схем
значительные средства и врем , произвести настройку элементов систе-
зашигы, сигнализацвд и управ^ > наладка проводилась при присоединенных
мы регулирования 1 • 110 оллп ыНт г 1R1
гребных винтах с мощностью окол ГЭУ обычно используется на стендах
Взаимное нагружение <^«п агрегатов g судостроительных мво.
даа°этотИсго™ да^уж^аия при наладке ГЭУ пока не получил распространения.
Габо береговую сел. широко применяется при наладке и сдаче генератор-
ных Хатов судовых электростанций [ 24]. Работа генераторных агрегатов на бере-
говуюгоп. может осуществляться как непосредственно (при совпадении параметров
судовых источников и сети), так и через связующие электромашинные или статичес-
кие преобразовательные агрегаты. Преимуществом рассматриваемого способа ими-
тации нагрузки является исключение потерь энергии в нагрузочных устройствах.
Способ может быть использован на судах с электродвижением и единой электро-
станцией.
При проведении пусконаладочных работ ГЭУ у стенки завода возможны различ-
ные комбинации всех упомянутых выше способов.
§ 7.4 АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСТРОЙКИ ГЭУ
требований к качХ^иГфуХошХя аВТ°матизиРованных ГЭУ и повышение
ема наладочных работ. ИспользовяиЛ ИЯ обусловливают резкое увеличение объ-
большими затратами времени соепст *радидионных методов наладки сопряжено с
мые результаты. В связи с этим возник Далек° Не всегда позволяет получить желае-
г°эТ,ОСП'₽азра6отк" 1-ииоищщиых
ноСи₽л^МеНТа’ П03В0ЛЯ1°Щие получить vnrfP аЗН° КсПольз°вать методы планирования
сется^ЛЬШОМ Объеме всп°могаадш^ ТЪ°РИТеЛЬНЫе решения при сравнитель-
ной выппХ возможность в значительной^ Т’ Достоинствам этих методов отно-
МетодьГ1танаЛаДОЧНЫх работ- ТеПеНи исключить субъективный подход
27ГВЮ,ОП"К^^ В мн°'*Факт^М
уществуег '^С°оенности их применения отраже
Н0Рмально5Г^^ует°ВаН На реги^рацииезня1еНТа: Пассивный и активный. Пассив-
мущений. А ктТьТаЦИИ СИСТемы бТввепаЧеНИЙ показателей качества во время
вин заранее заппаниг ,КсяерИмеНт подпа3умТНИЯ Каких‘л«бо преднамеренных воз-
^^^’'•вных искусствДеРнан3у ЭксПлУатаДИю системы при дейст-
«иных возмущений.
Качество автоматизированной ГЭУ оценивается с помощью показателей, под ко-
торыми понимают числовые характеристики, отражающие степень соответствия си-
стемы тем или иным требованиям, предъявляемым к ее функционированию. К пока-
зателям качества, определяющим работу ГЭУ, можно отнести такие проектные и нор-
мативные данные, как точность поддержания мощности, частоты вращения ГЭД,
максимальное отклонение тока в переходном режиме, время реверса и т. п. Для ГЭУ
с единой электростанцией целый ряд показателей качества, таких, как точность под-
держания напряжения и частоты, максимальное отклонение напряжения, время вос-
становления напряжения и др., регламентируются ОСТ 5.6053-74.
Для описания зависимостей показателей качества используются многочленные
приближения вида J = (Bq), ;де В = (blt b2, bn) - вектор коэффициентов при-
ближающего полинома в факторном пространстве параметров q » (qt, q7,..., qn) ;
q2, q2, ..., qn — факторы, определяющие в общем случае физичек кие параметры объ-
ектов управления и различных задающих и возмущающих воздействи: приложен-
ных к системе.
При исследовании судовых автоматизированных систем в подавляющем боль-
шинстве случаев достаточно ограничиться приближающим полиномом второго по-
рядка вида
п п i -1
/ = S Ьм + S . S bjj i * j
i=e i=2 j =1 ч I
(7A.1)
Аналитической модели (7.4.1) соответствует матрица факторов Q, именуемая мат-
рицей наблюдений, состоящая из столбцов численных значений, которые принимают
во время эксперимента некоторая фиктивная переменная факторы qit q2,—,qn
и произведения, определяющие взаимодействие этих факторов-
с =
qi0[qn -яц - яхп я^я^ -яаях1 -qxiq\n
Я?о 'Я21 ••• ^2/ — Я2П ,Я2 1Я22 —Я2{Я21 —Я21Я2П
Язо 1^3 1 -"Яз1 -'Язп ,Яз1Яз2 -ЯцЯц — Я^Я^п
’•••I..............;.........................
ttNG(3N\-l^. ‘LqNf!lQNxqN2 qNiqNl " qNiqNn
(7-4.2)
От вида аналитической модели и числа факторов зависит план эксперимента.
Формализация плана сводится к составлению матрицы планирования £?. выделенной
в матрице Q. Число строк н столбцов матрицы планирования Qx равно соответствен-
но числу опытов Ан числу факторов п.
При расчете вручную формулы для коэффициентов полинома (7.4.1) Ьо, Ь^,
b-jt it j =1, ..., п, для нормированных значений факторов qi2, .... q^ имеют вид
N N N _
S S qjrJr S Я[ГЯ}г
r=i г=1 г-1
N ’ N ' N
(7.4.3)
Нормирование позволяет легко оценить относительное влияние отдельных факторов,
получить наглядное представление о схеме плана эксперимента и упростить вычисле-
ния. Изменения параметров нормируются следующим образом:
qi =
Я{ ~ Я/н
где qj - номинальное значение i-ro параметра; A^i qi« qi»
-Q/min - интервал изменения i-ro параметра; <7f- max«<7/ min “ максимальное и
минимальное значения i-ro параметра.
239
TMw/m 7.41. JKtr-
рица планирования
для двух факторов
11*42
й* п/п
91
-1
42
2
3
Функциональиая зав и
симость показателя ка
честна от рас смазрииаемых
факторов определялась по-
линомом вида
Для нахождения
циентон /того
использовались
реплики от поянофактор-
ного эксперимента при
варьировании факторов на
двух уровнях. В соответ-
ствии с поставленной за-
дачей был выбран план экс-
перимента типа 2 4 *, ко-
торый обеспечил возмож-
ность оценки коэффициентов
лил сократить количество опытов
(7 4. J)
коэффи-
Пблинома
дробные
Таблица 7.4 J Интервалы варьирования факторов
при настройке регуляторов Дизель-генераторов
Фак горы Значения факторов на уровнях Ин тер- вал иарь- иро- вания Единицы измере- ния
ииж ИКМ нуле ном 0 верх нем 1
4i 4,5 6,0 7.5 1/5 Одно деление шка- лы
42 1/« 2/8 3/8 1/8 Од ин оборот
4з 6,0 7,5 9 0 1,5 Одно деление шка- лы
4л 2/8 3/8 4/8 1/8 Один оборот
ж,.к<имальное
.гиен*» о®Р»*°м Хтсгненно ра*иы
,и‘',еиия zzz
ф«к™®ов пс'’еМ'',П“’
Таким образом,, Р етрОВ сисгемь Г факторо»
ния варьирован» е сочетания УТ’1ПЛанирова-
двух уровня^ Р^один раз. Пример матриц ь Пользуясь
встречаются т приведен в т ’ планирований
^ матрица ^^соответствующем ^^второй половины
=^”=s=4=e="™;r
со знаком мину_ тствуст схема планнр поЛЬзуемых при
W В «* 410„^Тц^водатся НОВЫЙ Ф«К»Р гда d
Хйотв” схемы простейшим варивн- , =3.58 ,0.492fli + 0.07,, + 0,598,, +0,71,.
МОЦ Пплбным репликам соотве взаимодействия табл. 7.4.Z.
смотрим пример "-^ ГЭУ переменного ток» на , и Промежуток времени (3 ч) была выполнена настройка регуляторов частоты враще-
ния дизель-генераторов типа 7^ tfbie исследования ГЭУ поК^ нагрУзкИ между ния дизель-генератора при их параллельной работе с минимальным рассогласованием
р"? -ростн судна OX’SSo,Гс синхронными лощности, составляющим 18 кВт (1Д7 р) , Настройка выполнялась механиком иевы-
ях шестибалльного raaBHbIMH дизель-генераторами ти^ неПрОПОрЦИОнально из- ;окой квалификации. Обычно настройку таких регуляторов механики произво-
параллельно Р* 99-8/8 мощностью 700 кВт проис зкИ между главными интуитивно, варьируя регулировочные параметры. При этом качество настрой-
генераторами шести ГЭД- Неравномерность номинальной мощности. ки зависит от квалификации настройщика. Опыт эксплуатации ГЭУ показывает.
Х^Хн^рТми составляет 12-16% ^^торов частоть! вращения ДИ- ^настройка двух дизель-генераторов занимает 14-16ч.
6Ы"° П₽ИНЯТ°
ние мощности между ними: Таблица 7.4.4. Матрица наблюдения и результат эксперимента при
j р р настройке регуляторов
парных взаимодействий полинома а также позво-
экспе-
= 1- . количест- лии1 w^Fal”‘b количество опытов по сравнению полнофакзорным экспе-
иых при настройке, риментом, что весьма существенно при выполнении настройки в условиях про-
(7.4.1) зН*^е"пв планирова- | мысла.
Матрица планирования и результаты экспериментов приведены в табл 7А 4.
Коэффициенты полинома рассчитаны по формулам (7 4 3) Полином име-
ет вид
0,49417,^+0,717/7,47 - 1,104<734г4.
В нем отражено влияние каждого настроечного параметра на величину выб-
ранного показателя — рассогласование мощности между дизель-генера-
Благодаря использованию метода планирования эксперимента за коротч-мй
2 •
и Р2 соответственно мощность п„нп
ходе в условиях волнения. Расхожп₽ии. „ р ого и Вт°Р°го дизель-генераторов при
Независимые факторы величины хап^^00™ ДолжНо бь1ТЬ минимальным,
органов регуляторов (иглы изодпомя и* Р Теризую1цие положения настроечных
™,K"" пР°поРциональностн). ВЫ-
на основадии аня/ рования Факторов производится
Данных пиэетт ИЗН и эксплуатационных
привХкыТХ74ТРОВ- Интервалы внрьир^
Ния факторов- -3» где Приняты следующие обозн«че
положения Яхг q* ~ Вепичины, характеризую^
тора первого и ЧИКа СТеПеНи пР°порциональности регул*
™иьГхара^ТОРОГ0 ^ь^нераторов; 4,
регулятора пепп ризующие положение иглы изоДР0**
ственно. ОГ° И ВТоРог° Дизель-генераторов соот»
Таблица 7.4.2. Схема дроб-
ной реплики типа 2^~f
Г п/п 1 91 4г 9з
1 | -1 1 +1
2 +1 -1 -1
3 1 1 +1 -1
4 | +1 +1 +1
Номер опыта Кодовое обозначение J
4о 41 42 4з 94 9192 9з9з 919з кВт %
1 +1 + 1 -1 -1 -1 1 +1 -1 60 4,28
2 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 18 1,27
3 +1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 34 2,32
4 +1 +1 - 1 +1 +1 -1 -1 47 3,36
5 +1 - 1 +1 +1 +1 - 1 +1 -1 82 5,80
6 +1 +1 1 +1 +1 1 -1 +1 71 5,00
7 +1 -1 +1 +1 -1 +1 +1 +1 52 3,60
8 +1 -1 - 1 -1 -1 +1 +1 -1 44 3.01
240
§ 7.5. НАСТРОЙКА СХЕМЫ ГЭУЛЕДОКОЛА
Наладочные работы для схемы ГЭУ f IJ могут быть разбиты на дца >т
1) наладка узла возбуждения генераторов - трехобмогонного bo.»6v
нератора. В результате наладки должна быть получена экскаваторная харак ^ИГСЛ1* Ге*
генераторов, близкая к расчетной; ^РИстидд
2) наладка узла возбуждения ГЭД — днухобмоточного возбудителя
подвозбудителя ЭМУ. В итоге наладки параметры возбуждения ГЭД додж1ВИГателя И
тически изменяться таким образом, чтобы при ранее налаженном нозб ЖИЬ1 апт°Ма-
ратора в рабочих режимах обеспечивалось максимальное использован'^И7СЛС ГеНс-
дизель-генераторов и не допускалась перегрузка дизелей, Ие м°Ншоста
На рис. 7.5.1 приведена схема возбуждения и управления ГЭД
качения которой соответствуют обозначениям элементов на судне Ловнь>с обоЭ.
на - на ней не показаны аппараты и цепи, которые нс имеют отнош<4т~еМа УпРоп|Р
ваемым наладочным работам. Ия К рассматра
ОпГПН
'l КЗ
ОтГПН
КЗ
_2Пу
2ПВЗ
2ПУ f—------------------------
^У 2П820 *£гзер8но*у Возбудителю
** ’ к,?*Рв*^ЬзБидити.
ЧвД
* ** ' 4ЭМУ2ВНМУ УСиЛителю
20СН
У Равления гребным
ДП КО
2Л
2B2
i06
7.5 i n 291 230
2<2 cxCMa
/СР2
1РВГ2 VBr ПСР2
ПРВГ2
Л1РВГ2 'R
•>22
<>20
_2ПВЦ
I,H28 НИ22
y~Ll ^ШИ2..
^Л^И29ПН29ШИ20
**<
^^rr.
2ПВ
2»
Все наладочные работы следует начинать со швартовного режима, поскольку
именно в этом режиме требуйся получить как можно больший упор на винтах и пол-
ное (100% ное) использование мощности дизель генераторов. Для получения меха-
нической характеристики привода, максимально приближенной к расчетной, систему
налаживают и проверяют по двум точкам этой характеристики: при работе в швар-
товном режиме и при заклинивании гребного винта. Установка, тщательно налажен-
ная по этим двум точкам, как правило, обеспечивает получение нужных параметров
в режиме хода в свободной воде.
7.5.1. Наладка возбудителей генераторов. Наладку возбудителя 2ВГ рекоменду-
ется начинать с набора схемы для работы трех дизель-генераторов на два кормовых
ГЭД (ЗДГ х 2ГЭД). Сначала выставляется необходимая МДГ независимой обмотки
2НОГ. Для этого при неработающих дизель-генераторах следует:
1) установить переключатель оборотов ДГ в положение „810 об/мин” (сопро-
тивление 86СУ зашунтировано);
2) включить принудительно конгакторы возбуждения генераторов 1КВГ
1ПКВГ;
3) ввести полностью реостаты возбуждения генераторов 1РВГ-П1 РВГ;
4) отключить токовую обмотку 2ТОГ и обмотку самовозбуждения 2ОСВ воз-
будителя 2ВГ;
5) запустить и включить в схему налаживаемый возбудительный агрегат;
6) перевести пост управления ГЭД в положение „вперед” или назад затем с
помощью установочного сопротивления 8 СУ в цепи 2НОГ и реостатов возбуждения
генераторов установить на выходе возбудителя 2ВГ напряжение 250 В; ток возбуж-
дения при этом должен быть около 22 А в каждой обмотке;
7) установить после этого переключатель оборотов ДГ в положение
„610 об/мин” (контакт 4П5 разомкнут) и с помощью сопротивления /ССУ устано-
вить расчетные значения параметров. Для рассматриваемой схемы на выходе возбу-
дителя 2ВГ напряжение 230 В; ток возбуждения генераторов при этом должен быть
около 20 А.
Напряжение и ток в обмотках возбуждения генераторов контролируются по
щитовым приборам.
Далее производится регулировка цепи обмотки отрицательно'’ обратной связи
по току 2ТОГ, действие которой обеспечивает получение экскаваторной характе-
ристики и при заклинивании льдом гребного винта ограничивает ток в главной цепи
допустимым значением 1»5/я- Во время наладки режим заклинивания имитируется
включением ГЭД без возбуждения, т. е. режимом кратковременного короткого за-
мыкания главной цепи.
МДС обмотки 2ТОГ выставляется с помощью сопротивления ЮСУ Настройку
рекомендуется производить в следующем порядке:
I) вывести реостаты 1РВГ-1НРВГпл 1/413. что соответствует работе при хо-
лодной схеме;
2) вывести полностью (зашунтировать) сопротивление ЮСУ для увеличения
МДС1 обмотки 2ТОГ\
3) отключить обмотку возбуждения ГЭД;
4) запустить все три дизель-генератора и установить их переключатели в поло-
жение „810 об/мин";
5) подключить токовую обмотку 2ТОГ (обратить внимание на правильность
подключения!);
6) медленно поворачивая штурвал, установить пост управления на 2—3 с в по-
следнее положение и зафиксировать значение тока в главной цепи (ток в этом случае
соответствует току стоянки ГЭД), которое должно быть меньше расчетного значения
2400 А. Затем в несколько приемов (добавляя по 2-3 витка проволоки) постепенно
увеличивать сопротивление ЮСУ до тех пор, пока ток стоянки не станет равным
2400 А. г ,вг
Далее настраивается цепь обмотки самовозбуждения 2ОСВ возбудителя
Для этого следует:
1) вывести реостаты 1РВГ-П1РВГна 1/4—1/3;
2) собрать схему возбуждения ГЭД в соответствии с рис. 7.5.2 (размагничива-
ющая обмотка 2РО отключена, а в цепь независимой обмотки 2НО возбудителя 1 ЛИ
343
Рис 7 5 2 Схема возбуждения ГЭД при
наладке возбудителя генераторов.
я ручного регулирования но3буж
ния ГЭД на время наладки включТ
дополнительно реостат РР) СопрОТив.
пенис реостата РР 100 200 Ом при То.
Ке 1 -1,5 А. Сопротивление 29СУ Необ
холимо полностью вывести;
3) подключить обмотку возбУж.
деНия ГЭД;
4) подключить обмотку самовоз-
буждения 2ОСВ возбудителя 2Рр;
5) перевести дизель-генераторы в
положение „810 об/мин”;
6) установить величину сопротив-
ления 12СУ, примерно равную расчет-
ной;
7) медленно поворачивая штурвал
поста управления до 17-го положения
„вперед”, произвести пуск ГЭД на пол-
Г7 ™ птжны установиться номинальные параметры, соответст-
вую мощность. При v У 390 Bj 1 = 1600 А, мв г = 190 В). Подрегулиров-
“чжкых значений параметров следует производить ь первую
зчерезь , Z возбуждения ГЭД реостатом РР; если же этого окажется недоетаточ-
но то окончательную регулировку произвести изменением сопр тивл- 2СУ в це-
пи обмотки 20СВ возбудителя 2ВГ.
После наладки возбудителя 2ВГ для режима работы ЗДГ х 2ГЭД при частоте
вращения дизель-генератора 810 об/мин проверяется работа ГЭУ при частотах враще-
ния 710 и 610 об/мин. При этом необходимо вручную с помощью реостата РР регули-
ровать возбуждение ГЭД для получения необходимых параметров. В режиме
„61С об/мин” можно при необходимости подрегулировать сопротивление 86СУ в це-
пи 2Н0Г На этом наладка возбудителя заканчивается. Точно так же и в той же пос-
ледовательности выполняется наладка резервного возбудителя. Режимы работы
2ДГ х 2ГЭД и 1ДГ х 2ГЭД при всех частотах вращения дизель-генератора только
проверяются после наладки узлов электродвигателей
Порядок наладки возбудителей генераторов для режима работы ЗДГ х 2ГЭЦ,
а также контролируемые в режимах параметры и сопротивления, с помощью кото-
рых следует производить наладку, приведены в табл. 7.5.1.
ип УЗЛа воуу*дания ГЭД. Эта операция складывается из наладки
\ птппулй сМ' ри< 5 1) и подвозбудителя элсктр.(машинного усилителя
ГЭД производится nnjм. ^Ме регупятоРом т°ка и мощности. Наладка возбудителя
иый агрсгаг и собира! ,ся^Сг?^ЩИХ дизс',ь’генеРат0Рах. Запускается возбудитель
2Р0 во Мучителя 2ВД откпючэ^ .₽ежима 3^Г х Размагничивающая обмотка
ложение „аяеред" или „назад” рукоятку поста управления ставят в любое по
помощью сопротивления 3o/,v ,п
1 рцщый 60 А. Затем полш^» устанавливается ток возбуждения кормово
дГ х '’ГЭД и < помощью с< ппотиПН0 сОбираются схемы для режимов 1Д1 х 21 ЭД й
соответственно равным 40 и 4бТвНИЯ ?7СУ ток возбуждения ГЭД устанавливав*-
Ртулировка сопротивления ?7rv м
’Омутика маркировкой ,421* » ® реЖиме 1ДГ х 2ГЭД ведется перемещение^
’4“v 1 ’а В рсжиме 2ДГ х 2ГЭД хомутика с маркировкой
У тановочные сопротцИП(.
размаг»“’™ающей обмотки 2РО «оэбУДИ
Налапий ч5иУКаин в табп- 7 5^ соответствующих ЭМУ Порядок налаД
Д а ЭМУ производится п
значения -оптр1ботаюи«й усгано^ЮЩеМ Порядке:
ной связи по ? ’ИЙ в Цеп”х маг ПредваРительно проверяются РасЧ^аТ-
-ерит.пьиог"0паа"рЯЖе^о 2ОСН ТТ™ ЭМУ и в цепях обмотки °®Рй3.
Ав "°№.„о иТ'Хще?“бмотки 230вкл^^
рис. /.5.3, а значения сопроти»
Таблица 7.5.1. Наладка возбудителя ВГ Параметры, получаемые в результате наладки схемы Л1 22 20 1 1 1 1 Примечания,!. При наладке цепи обмотки ТОГ кроме указанных в таблице сопротивлений используется реостат РР для ручного регулирования тока возбуждения ГЭД. При этом необходимо записать значения тока возбуждения ГЭД, соответствующие номинальным параметрам схемы. 2. Сопротивления 86СУ, 87СУ» 88СУ используются только в том случае, если с помощью реостата РР не удается получить требуемые £ параметры главной цепи.
> 250 230 1 190 1 1
1 1 1 390 344 265
1 1 2400 1600 1600 1600
Маркировка сопротивлений, регулируемых во время наладки схемы носового ГЭД при работе 4ВГ 1 87СУ 1 35СУ 8 ОСУ 1 87СУ
1ВГ 32СУ 34СУ 36СУ
правого ГЭД при работе 4ВГ i 57СУ 88СУ 59СУ 1 61СУ 1 88СУ
звг 56СУ 58СУ 60СУ
левого ГЭД при работе 4ВГ 9СУ 86СУ ПСУ 13СУ । 86СУ
2ВГ 8СУ ЮСУ 12СУ
S Й CQ 5 X <и X S г с U о Ю О Положение регулятора РВГ Phi 1Ш1 Установленное при наладке по п.1 Выведен на 1/4 1/0 о 7 1- 1
Положе- ние пере- ключа- теля ДГ „810 об/мин” „610 1 об/мин” „810 об/мин” „610 об/мин” „710 об/мин” „610 об/мин”
Работа главных машин ДГ иГЭД не работают ДГ работа- ют , ГЭД не вращается ДГ и ГЭД работают
Налажива- емый узел День обмот- киНОГ Цепь обмот- ки ТОГ Цепь обмот- ки ОСВ Проверка вы- полненной наладки и ре- гулировка
Поря- док налад- ки г-4 гч СО ч- so
1ВД
4ВД
60
1
40
2
46
3
Поря-
док
на-
падки
носового
ЭД при ра-
боте
левого I ЭД
При Р8'
боте
[Три ДГ на два кормо-
вых ГЭД
Шва ДГ на два кормо-
вых и носовой ГЭД
Шва ДГ на два кормо-
вых ГЭД
Схема главно*'0
тока
2 БД
29СУ |30СУ
27СУ(421)
27СУ (422)
_____ I
*Цепь размагничивающих обмоток РО налаживается одновременно с ЭМУ
** ДГ не работают.
Таблица 7.5.2. Наладка возбудителя ВД (налаживаемый узел - цепь
обмотки НО*)
Маркировка сопротивлений, регулиру.
емых во »пемя наладки схемы
правого ГЭД
при Ра
боте
ЗВД 4ВД
77СУ 78СУ
75СУ( 721)
75СУ(722)
47СУ
4ВД
48СУ
I ок ВОЗбу*.
Дания Гэд
получаемый
в результате
наладки схе-
мы, д
В цепи размагничивающей обмотки 2РО возбудителя 2ВД устанавливается со
противление 2R1, значение которого для схем кормовых ГЭД должно быть 50 Ом
для схемы носового ГЭД - 30 Ом. им»
ния 2R2™ о7УЗКИ ЭМУ Лройеряется Расчетное значение нагрузочного сопротивле-
ХХ1^(2ММар"“ ™ «противлений для схемы любоТто
I Z з°аХй SX?™ СО"Рот"м“»е ^СУ, равное 7 кОм.
такой, чтобы ток в обмотке на пос личина «противления 17СУ устанавливается
70 мА. Значение тока изменяют я еднем Г1оложении поста управления был равен
рис. 7.5.3. И3меряют “ометром, включенным по схеме, приведенной на
ке сводится к выбору необходимой МПСВ°збуждения ГЭД при работающей установ-
ваеге?Р€ДВаРИТеЛЬН0 в ЦеПи обмотки 2ТП »К0В° °бмотки 2Т0 ЭМУ.
на реж^^^об?”' ?бирается схема здгЛ^Т77С°ПроТивления 19СУ устанавЛИ'
медленно персдви^ Сживаемый ЭМУ вклю^Х Дизел^генеРаторЫ выводятся
Должны устадови^ В Попо*ение 17 впепрп” ь Я “ СХему’ и пост управления
гекераторов^здвТ"4™"' 3"ач«™ Sa 17 noCTa УпР“"еЯ,“
eSSZXT ЭТОМ ««ть близок к зна-
витка проволоки) сп^п Ь В НуЛс««е положа» от Ном*нальных, то необходимо
сопротивления. 19СУ р/>ТМВЛеНие 19СУ. при е и Нссколько изменить (на один-два
пряжение генераторов Р°ст ТОка главной . СЛедует помнить, что увеличение
ной цепи тоже '«и*^сяМТ^ТСЯ: При Хньш^"”: J0K «озбуж^ения ГЭД и на-
налаДки узла boJr В03бУЖления гзп С0ПР°тивления 19СУ ток глав-
рС*ИМе При частоте вп У*Цення ГЭД^осн™ J НадРяжение генераторов растут-
ти пл?* Р*60™ устаиовки в ТНИЯ Диэель-генепят режиме проверяется работа»
си»Х гЛкДреГуЛиров’<и можн?*ИМах 2ДГ х 2ГЭП°Р°1Вп710 и 610 об/мин. Затем про-
пХ±й Х\°СсПОЛЬЭова^я1Дп^ 1ДГ Х 2ГЭД- ПРН необходимос-
ЗДГ X 2гэл’ >о "Р^едет к Нельзя в^°^ВПеНием 27СУ в цепи незави-
V, * СХ'С™, Нада-«у С помощью других СО-
" — обмотки ГЭД мканч ” ОСНО,НОМ ₽ежиме ₽"бОТ“
746 о6мотка слюни яастГ°йкой сопротивления 22СУ
Для изменения коэффициента
Рис. 7.5.3. Схемы включения измерительных приборов при
наладке ЭМУ.
обратной связи по напряжению ЭМУ при его перемагничивании. Значения 2 2СУ нахо-
дят следующим образом
1 Токовая обмотка ЭМУ отключается от схемы и включается по потенциомет-
рической схеме на зажимы якоря генератора постоянного напряжения любого воз-
будительного агрегата, не занятого в схеме. Для этого необходимо иметь реостаты -
можно воспользоваться реостатами РР, с помощью которых регулировалось воз-
буждение ГЭД при настройке узла возбуждения 2ВГ (рис. 7.5.4).
2. С помощью ручного регулятора возбуждения генератора постоянного напря-
жения и реостата РР на токовую обмотку ЭМУ подается напряжение, соответствую-
щее падению напряжения на дополнительных полюсах н компенсационной обмотке
ГЭД при токе стоянки, равном 2400 А. При этом необходима сохранить правильную
полярность обмотки 2ТО, а рукоятку поста управления поставить в положение 17.
3. Сопротивление 22СУ регулируется таким о разом, чтобы ЭМУ перемагнитил-
ся (обмотка 2РО действует согласно с обмоткой 2НО возбудителя 2ВД) и ток воз-
буждения ГЭД был равен 1,5/в дд =90 А для схем кормовых ГЭД и 60 А ппя схе-
мы носового ГЭД.
Падение напряжения на дополнительных полюсах и компенсационной обмотке
при токе стоянки (С/ ) определяют пересчетом через отношение токов после
замера тока и падения^напряжения в одном из режимов, например швартовном:
247
Таблиц а 7.5.3. Наладка подвозбудителя ГЭ ‘гулируемых 'МЫ
Поря- док налад- ки Налаживаемый узел левого ГЭД паботе право! при р о ГЭД аботе носового Г’Эд при работе
2ЭМУ 4ЭМУ2 4ЭМУ2 ЗЭМУ 1ЭМУ 4ЭМУ
1 Пепь нагрузки 2Д1 41 R4 ЗЯ1 1R1 4/?1
ЭМУ ZR2 + 2ЯЗ 4R5- - 47? 6 3R2-3R3 1Я2-1ЯЗ 4К2-4ЯЗ
3 21СУ 82СУ 69СУ 42СУ 51СУ
6 Цепь обмотки ОСН 22СУ 83 СУ 7 ОСУ 43СУ 52СУ
4 Цепь обмотки 30 17СУ 16СУ 64СУ 6 5 СУ 38СУ 37СУ
5 Цепь обмотки ТО: при работе трех ДГ на корМо- вые ГЭД при работе од- ного ДГ на но- совой ГЭД 19СУ 18СУ 66СУ 67 СУ 4 ОСУ 39СУ
Продолжение табл. 7.5.3.
Поря- док налад- ки Налаживаемый - узел Параметры, получаемые во время наладки схемы
Ом ^».Д’ А ^3.0 мА ^д» А в
1 2 0 Цепь нагрузки ЭМУ 50 30 — — —
32 —
J 6 Цепь обмотки осн Цепь обмотки __ 30 Цепь обмотки ТО: при работе трех ДГ тна кормо- выеГЭД го ДГ на носо- J. вой ГЭД 7000 — —
4 5 248 90 60 —
— 70 —•
— 1600 1600 390 390
^дп+к.о^ст" » ^д-Шк-о^шв
шн
Расчетные значения падения напря-
жения при токе стоянки /ст =
= 2400 Л составляют для кормо-
вого ГЭД 27 В, для носовою I ЭД
21 В.
Параметры, контролируемые
при наладке узла возбуждения
ГЭД, и настроечные сопротивле-
ния даны в табл. 7.5,3.
На этом заканчивается налад-
ка схемы возбуждения ГЭД и си-
стемы автоматического регулиро-
вания ГЭУ.
гпн
Рис. 7.5.4. Схема включения токовой обмотки
ЭМУ при настройке.
§ 7.6. ШВАРТОВНЫЕ И ХОДОВЫЕ
ИСПЫТАНИЯ ГЭУ
Заключительным этапом про-
ведения наладочных работ ГЭУ яв-
ляются швартовные и ходовые испытания судна. В процессе этих испытаний произво-
дится окончательная настройка установочных сопротивлений, реле, аппаратов и других
устройств.
7.6.1. Швартовные испытания ГЭУ. Цель швартовных испытаний - определить ка-
чество монтажа и работы ГЭД, генераторов, возбудителей и других элементов ГЭУ в
статических и переходных режимах путем осциллографирования и снятия замеров по
приборам; загрузку машин при различных режимах работы ГЭУ предусмотренных
проектом; расход топлива дизелей.
При швартовных испытаниях производят пуски, реверсы и остановки ГЭД на
всех режимах, предусмотренных проектом, и со всех постов управления, имеющихся
на судне. При этом проверяют действие всех защит ГЭУ, системы возбуждения, управ-
ления и сигнализации, и коммутацию главных машин и возбудительных агрегатов,
вибрацию всех машин и их установившийся нагрев.
Проверяется дистанционное и местное управление изменением частоты вращения
первичных двигателей генераторов, если оно предусмотрено.
Пробное включение ГЭУ производится после тщательной проверки всей системы
и наладки зашиты. При пробном включении должна быть обеспечена возможность
быстрого аварийного отключения в случае неполадок.
Порядок проведения швартовных испытаний определяется программой испыта-
ний и может быть следующим:
1) ознакомление со схемами главного тока, управления, зашиты и сигнализации;
2) осмотр электрических машин, аппаратов, постов управления и других уст-
ройств с целью установления соответствия их техническим условиям и проектным ма-
териалам;
3) оборудование осциллографического поста (включение осциллографа и само-
писцев) ;
4) измерение сопротивления изоляции электрических машин, кабелей и аппа-
ратуры;
5) снятие статических характеристик машин;
6) испытание ГЭУ в статических режимах;
7) определение потерь в генераторах и ГЭД;
8) испытание ГЭУ в переходных режимах.
Управление ГЭУ во время швартовных испытаний обычно производится из ма-
шинного отделения с местного поста управления. Устанавливают режимы 25, 50, 75 и
100%-ной мощности от номинальной. В каждом из установившихся режимов два-три
раза снимают показания приборов с интервалом около 5 мин и записывают следую-
щие параметры ГЭУ (запись ведется в табличной форме): напряжение каждого
249
„„зель-геператора; ток в главной цепи ,
..„еюи каждая да» звужденкя каждого генератора; т *’
оператора: «"^^Трашения ГЭД ~ „ибудателей генератор, н ГЭД; „ «
X 2пг«а,ие “ „ X» в машидаом отделении и оТДВИ1£
УКИаНИеМ “ ’ КаЖП°М ₽С*ИМ"
ГЭД; Iй’сход то^ива за « пгтаточНой полнотой охарактеризовать раб
ГЭУ паяных позволяет с досъ у
^^оГ^жиме. r.,v цель ходовых испытаний - охарактеризовать
ГЭУ ?вдалшкя ГЭУ. U гэу „ опредм1ЯТь основные пара
7±L?e качества судна; пр0В2я^судна для всех вариантов схемы ГЭУ; ОпРе.
п^ГЭУ^азличных раб^1 ГЭУ (по наибольшему значению КПД
наиболее экономией режиму дизелей) , наДеЖНость работы ГЭУ в
ГЭУ И наименьшему УдеЛЬН°*1Рсуднадля каждого режима работы ГЭУ, максималь-
доитепьных режимах и скоросл УДО тОрМОЖении ГЭД во время маневров
яые значения параметров при пу , возможное время перекладки рукоятки
судна с учетом дагода " куПеРации энергии и качества работы регуляторов
ПОСТД у R-ПСНИ-^ из у
частоты вращения пеРв*®“*?-параметры для ходовых испытаний аналогич-
Условия испытаний и измеряемые Е
испытаний ГЭУ в статике. По результатам швар.
гоан^ к всшт2к» подсчитываются значения мощности машин и КПД ГЭУ
режимах работы судна и установки. Для этого по данным испытаний
режимах (отдельно для швартовного режима и хода в свободной
воде) составляются расчетные таблицы (см. гл, 3 и 4).
По данным таблиц определяются винтовые характеристики и точки механичес-
ких характеристик ГЭД для швартовного режима и хода судна в свободной воде при
каждом режиме работы ГЭУ. Кроме того, могут быть построены характеристики
гребной установки в зависимости от скорости судна.
7£А. Испытания ГЭУ в переходных режимах. Испытания производятся при пус-
ке и реверсе ГЭД, а также при изменении момента сопротивления на винте для ледо-
колов и судов ледового плавания. Эти испытания предусматривают проверку и
окончательную наладку узлов регулирования тока и мощности, а также узлов стаби-
лизации
Для записи кривых переходных процессов используется осциллограф. При ос-
циллографировании рекомендуется записывать напряжение выхода поста управле-
ния, токи главной цепи и возбуждения машин, частоты вращения дизель-генераторов
и ГЭД напряжения возбудителей, а также отметки времени. Количество записывае-
па(^метРов обычно ограничивается возможностями используемого осциллогра-
фа (8-12 параметров).
мого в<г^мениДВп^<еНИЯ бумаги осциллографа выбирается из условий предполагае-
10-20 мм/с поипу~° ПГ10це^са и типовых ГЭУ может составлять
Нессов ГЭУ во в^мя П₽И ОСЦИЛпографировании переходных про-
рость протяжки (1- 4 мм/с) винта 0 лсд ввбирается наименьшая возможная ско-
Щим образом подобрт™Х1ейЛыМЬ1Х Параметров гэу необходимо соответствуЮ-
схему ГЭУ. Схема включений шлрйлВКЛЮЧИТЬ Их Через магазиНЬ1 сопротивлений в
го ледокола приведена на пие 7 a i Ф°В ОсДИ51логРафов при испытании ГЭУ портово-
Оформление резулыаЛ „
осциллографирования полученныеп ИСПытаний. После окончания испытаний ГЭУ и
По результатам испытаний результаты обрабатывают и анализируют,
гэуИЯ И время яроведения испытаний^*61 СЯ отчет’в котором указываются цели, ус-
вктпир™ОВИЫми зацДггами, обеспеч^аРИНОЦЯТСЯ пР0ГРамма, принципиальная схема
отлепил.» 1МИ осциллогпаЛя- 1ЦИМИ яяярийное отключение установки, и
отчета ппи JCTpoftcTBai Дается краткое ’ П®речиспяются использованные приборы И
установочный^ пасп°РтаЬ1е данные всех^работы схемы. В отдельном разделе
иые параметр настроечные сопротивление Лек1ричесКих машин, их характеристики,
Р ^’^«^ЩиесгатесХ ВС€* электрических цепей и другие основ-
250 и Динамические характеристики ГЭУ.
£66
Рис. 7.6.1. Схема включения шлейфов осциллографа при испытании ГЭУ порто-
вого ледокола.
Осциллографируемые переменные: 1а — ток якорной цепи; £/д — напряжение
на якоре ГЭД; С^ЭМУ — напряжение ЭМУ; </вг — напряжение возбуждения гене-
ратора; лп лд — частоты вращения генератора и ГЭД; Хв>г, |'в.д — токи возбужде-
ния генератора и ГЭД; i’oCB> *ТОГ, ^НОГ “ токи и напряжение обмоток возбу-
дителя генератора; /но *РО ~ токи обмоток возбудителя ГЭДп’о^^. —
токи обмоток ЭМУ-возбудителя; ТГт, ТГ^ — тахогенераторы для измерения
частоты вращения генератора и ГЭД; Rl, R2, R3 — настроечные сопротивления
в цепи последовательной обмотки ПО ЭМУ-возбудителя. Все остальные обозна-
чения соответствуют принятым на рис. 5.2.2. и 7.5.1.
В разделах швартовных н ходбвых испытаний даются таблицы нагрузок ГЭУ
при разных режимах работы установки (различные уставки тока) для всех поло-
жений рукоятки поста управления. Данные испытаний в установившихся режи-
мах представляются в виде графиков статических характеристик. По материалам ос-
циллографирования переходных процессов пуска, реверса и остановки ГЭД должны
быть приведены обработанные осциллограммы и представлены в относительных еди-
ницах кривые динамики различных режимов работы ГЭУ для основных положений
рукоятки поста управления.
Заключение по данным швартовных и ходовых испытаний составляется как по
установившимся, так и по переходным режимам работы ГЭУ и судна. При этом целе-
сообразно провести сравнение результатов испытаний и расчетов.
П EPCПЕКТ
1 эу
§8.1. НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИИ ГЭУ
В связи с увеличением объема строительства судов и сооружений, связанных с
освоением богатств Мирового океана, расширением перевозок в районах высоких
широт, развитие мирового судостроения характеризуется тенденцией к возрастаю-
щему применению электродвижения.
Развитие и совершенствование ГЭУ связано с общим развитием науки и техни-
ки. внедрением их достижений в области электромашиностроения, аппаратостроения
создания более энергоемких и эффективных источников электроэнергии, полупро-
водниковых и сверхпроводящих материалов, средств автоматизации и диагностики.
Происходит непрерывное совершенствование ГЭУ, исследуются и внедряются новые
принципы построения систем электродвижения с использованием единых электро-
станций переменного тока.
Успехи в области силовой полупроводниковой техники позволяют создавать
принципиально новые ГЭУ переменного и двойного рода тока, отличающиеся высо-
гулировХХ^четаиЖНОСТЬЮ> КОМПактноС1ЪЮ’ хорошими динамическими и ре-
вращадыгаХмо^^тНЫХ пока3ателей гэу иДет по пути повышения частоты
риалов электрических интенсиФикации использования активных мате-
материалов. ’применения новых конструкционных и изоляционных
том числе с постояюшми^ляеНИеМ ЯВЛЯется применение в ГЭУ вентильных ГЭД, в
ных вариантов асинхронно-ве^^^1*1’ статических преобразователей частоты, различ-
мощность преобразователей ,ИЛЬНЫх каскадов, позволяющих существенно снизить
ного тока. Последние шлХ Т^°ЭНерГИИ’ а также униполярных машин постоян-
TOva б « ограничений помоumn°™°*HOCrb ^Давать компактные ГЭУ постоянного
Ьолыпие работы в щписти
^ла*ДеНием. что позволит сгппяС^ЗДаНИЮ ЭЛектРических машин с полным водяным
оСоаз??08’ широкие ВЫСоКоэФфективные ГЭУ для различных ти-
электпгл^ ТеПЛОВоЙ’ химической ективы открывает использование прямого прь-
В свяяи СНИе Ыа судах °казывает<ЯДерН°Й Эне₽гии м электрическую, при котор0
численных вк1,01₽аНИЧеннь1м объемом еДинственно возможным решением
та построения1136 Воп₽Осах Пред ста и» Лавы Нев°ЗМожно остановиться на рсех п Р
Рода тока нал СЛслуюиШх перспекти Целесообразным рассмотреть особенн
ПуХ НИЯИча^оты ГЭУ со статическими преобразователями
талями) Г'еремеиного тока04^^ПОСТОЯННОГО тока; л зоВа-
атическими коммутаторами и преобра
лС^О'
$ 8.2. ГЭУ ПЕРЕМЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА гЭДй°ереЗ
8.1.1. Основные характеристики. В ГЭУ пеРемеННО’ПО^°перемеив°г°
янисго тока питаются от автономного источника или се
252
статические выпрямители. В зависимости от типа выпрямителя они подразделяются
на I У неуправляемыми (НВ) и управляемыми (УВ) выпрямителями.
В ГЭУ с НВ источником питания ГЭД может бытьюлько автономный генератор
переменного тока с постоянной или переменной частотой вращения, В первом случае
возможен отбор мощности от первичного двигателя с помощью навешенною генера-
тора судовой се ти.
В ГЭУ с НВ целесообразно использование высокооборотных генераторных агрега-
тов для получения лучших, чем в ГЭУ постоянного тока, массогабаритных показателей.
Регулирование частоты вращения ГЭД в ГЭУ : НВ осуществляется изменением
тока возбуждения генератора, реверс ГЭД изменением полярности тока возбужде-
ния I ЭД при сниженном напряжении генератора. Обеспечение постоянства мощности
в рабочем диапазоне ГЭУ достигается одновременным управлением током возбужде-
ния генератора и ГЭД, как в ГЭУ постоянного тока, в отличие от которых для полу-
чения требуемого тока стоянки ток возбуждения генератора необходимо увеличи-
вать из-за действия реакции статора, возрастающего понижением коэффициента
мощности cos </?.
Отсутствие возможности рекуперации энергии при реверсе ГЭД приводит к
увеличению времени реверса (существенному при реверсах с полного хода в свобод-
ной воде), но обеспечивает надежную защиту от разгона генераторных агрегатов.
ГЭУ с НВ целесообразны в тех случаях, когда мощность, потребляемая для дви-
жения судна, значительно превосходит мощность общесудовых потребителей, что ха-
рактерно для энергоустановок ледоколов, судов активного ледового плавания,
транспортных судов большого водоизмещения и других судов.
В ГЭУ с УВ источником питания ГЭД может быть как автономный генератор,
так и общесудовая сеть переменного тока. Система возбуждения генераторов обеспе-
чивает стабилизацию напряжения, а регулирование ГЭД осуществляется изменением
выпрямленного напряжения с помощью УВ. Реверс ГЭД может производиться с по-
мощью реверсивной схемы УВ в цепи якоря (в этом случае достигается наибольшее
быстродействие) или в цепи возбуждения ГЭД при соответствующем снижении вы-
прямленного напряжения, а также при использовании специального аппарата - ре-
версора в главной цепи (в этом случае обеспечивается наименьшая стоимость).
Варианты структурных схем ГЭУ со статическими выпрямителями представле-
ны на рис. 8.2.1. Для управления мощными ГЭД применяются в основном схемы,
приведенные на рис. 8.2.1, а, в. Схемы со структурой, показанной на ис. 8.2.1, б. ис-
пользуются для питания электродвигателей подруливающих устройств и ГЭУ малой
мощности. Схемы со стру ктурой, показанной на рис. 8.2.1, г,не нашли практического
применения, так как требуют установки в главной цепи контактных переключателей,
рассчитанных на большие токи.
В ГЭУ с УВ возможно уменьшение времени реверса за счет осуществи ния реку-
перативного режима. Защита от разгона генераторных агрегатов в этом случае обес
печивается системой управления, ограничивающей повышение частоты вращения
первичных двигателей.
Рис 8 2 1 Структурные схемы ГЭУ переменно-постоянного
тока- а - с НВ в главной цепи; б - с реверсивным УВ в глав-
ной цепи- в - с нереверсивным УВ в главной цепи и ревер-
сивным возбудителем ГЭД; г - с контактным реверсором
и нереверсивным УВ в главной цепи.
253
Г1У С УВ целесообразно в тех случаях, когда мощио^ _
Использование 1J’ комплексов соизмерима с мощности ГЭ[| вЧх
потребителей и „„омов, промысловых, буровых, Heute;io„^ '"о
рактерноплязнергоутно»^^^^ , ос„овном с еднной “в<ельскИх,
ГЭУ. Применение сднических выпрямителей обуи,Х"ЦМ.
„яп Особенностей связанных с появлением высших гармонических в состав’?"*16’
на входе преобразователя, что необходимо учитывать ддя рас^и
методами (31, 391 потерь в меди и тли электрических мащи11, о„Ч"а «-
НИЯ возможности питания общесудовых потребителей и безыскровой Коммут^
ГЭД Качество электроэнергии на входе и выходе выпрямителя зависит от выб И“
ной схемы выпрямления и параметров элементов, входящих в состав ГЭУ. Ран'
Наибольшее распространение в ГЭУ с НВ и УВ получили трехфаэные мост
двухполупериодные схемы выпрямления, которые обычно называют шестин °НЬ,е
ми. Такие схемы дают сравнительно небольшие (до 6%) пульсации выпрямл^>аЗНЬЬ
напряжения, имеют малую амплитуду высших гармонических тока и наппя СННог°
обратное напряжение на вентилях, превышающее среднее выпрямленное н- еНИя И
только на 5%. dnPяжение
В зависимости от нагрузки трехфазный мостовой выпрямитель набитая
жимах прерывистого или непрерывного тока. Первый возникает пои хопп™ ® Ре'
ипри малых нагрузках ГЭД (работает одновременно не более двух венте^ п°Де
рой режим является основным установившимся режимом ГЭУ В этом n₽ J ’ Вт°"
тили проводят ток группами по два-три, что соответствует т °М режиме вен-
шш 7 <60 эл. град. Режим пастуша ™разных ^гочзкЛ » углам" КОММута-
ния параметра ir Р р рузках в зависимости от зияи»
переменном токе)^ е = «, сХтеетХюшсм “'фО™"ли,ий на постоянном и
ХК т1ЛНЧаеТСЯ от “«усоидального «
мощностиHRРаб°ТЫ’ но увеличивают реакттаную °КИ Э™Х Гармоник не произво-
что требует п Дополнительные потери эмрпЛ ссставляю1ДУЮ потребляемой
м°™сти 7енераТоНпРаТОРе И ПИТаЮщей теТИ’
выпрямителями снижению высших гапмпии п раторов и применения различ-
"“)МДИ№‘ учитывай значение"* "Т°Му ПрИ схем ГЭУ с
мощности генерато]^лхносзв, П(^ХХНИгеэКДОЭрФИЦИеНТа Мощности Х(т. е. от-
и к требуемой установленной
X = -^L =_E^d__
5 тилJ л. ’
где Lл. f ‘и Ф
U Г Ч’едяие значения в
тармо^к лзначения Фазного наппяжаП₽Я*еНИЯ И Тока; т чисяо Ф23’
напряжения^ ЧаСТОТс bPWhhh ГЭД ? ™ТаКЖе СОСТав ВЫСШИХ
В Гэу иэмеиелир^ ’ Д’ т’ е> °РИ различных значениях
прещения гм г,"ита“'«ч о наппяж.„„
прг<пород0налЫ1п 1,йл?Трс^Лнемая ГЭД мл,** ПропоРционально ему изменяется
Ри? 8К2*? п<‘/юмГмВРаЩения: изменяется приблизительно
—2Доказано изменение е?Яются полная S и^’ а ВыпРямленный ток меня-
ектипгш п<'в1,ше«ия эффект™, X. COs щп И реактивнвя Q мощности. На
потер^" "“"с Утопия „ ГЭУ с НВ к )&«™ °’ Ч/ при Рd =
Снижай Р ОТоРЬ1х обеспечип бХОДИМО созДавать при про-
Ф°Рмы пита "*ЛЬСаЦИИ вь,лРямлеМ бЫ МИНИМУМ Добавочных
®^мпеивдВ1ХеНи^ "5ы*ЛНИЯ о6®сиечиваютаПРЯЖеНИЯ’ а также УлУчшение
нес«мметричны?1И*СНИем РеактипПРЯ*еНяя питания ' Примеиеинем сглаживающих
‘ФорматХГ выпрХ^ого сОПротХ^ИяУВеличеиием числа фаз схемы
н*ние гпажив ’ Повь,шением по ГеНератора, использованием
а1ю«»»щих Дросс" L акти“Ного сопротивления трлн-
приводит к увеличению массы
и объема ГЭУ, затягиванию переходных процес-
сов. Повышение частоты напряжения питания
может быть реализовано в автономных ГЭУ или
если судовая сеть независимо от ГЭУ имеет
повышенную частоту. Другие способы предпола-
гают использование специальных генераторов
или трансформаторов. Применение трансформа-
торов целесообразно в системах с высоковольт-
ными источниками питания. В низковольтных
системах (400 В) целесообразно использование
сдвоенных генераторов или специальных фазо-
смещающих автотрансформаторов. В этих слу-
чаях для получения двенадцатифазных схем
выпрямления предполагается осуществлять пи-
тание двух трехфазных мостов раздельно от
трехфазных обмоток, сдвинутых на 30 эл. град.
С помощью трансформаторов . и фазосме-
щающих автотрансформаторов могут быть по-
лучены также схемы выпрямления с числом фаз
18 и более при соответствующем увеличении ко-
личества трехфазных мостовых выпрямителей.
8.2.3. Особенности расчета показателей ка-
Рис. 8.2.2. Энергетические по-
казатели ГЭУ переменно-посто-
янного тока с трехфазным УВ.
чества электроэнергии. Количественная оценка качества электроэнергии (КЭ) на
входе НВ или УВ производится по значениям коэффициента нелинейных искажений
тока и напряжения.
Одним из показателей КЭ, в значительной степени определяющим нормальную ра-
боту генератора и потребителей судовой сети, выбор средств улучшения КЭ, является
коэффициент нелинейных искажений, (КНИ) питающего напряжения, определяемый
по выражению
КНИ =
-100%.
где Un — п-я гармоника напряжения; <7, - первая гармоника напряжения.
Существующие методы расчета КНИ основываются на определении отдельных
гармонических составляющих. Ввиду сложности электромагнитных процессов в ГЭУ с
НВ или УВ аналитические методы расчета разработаны только для простейших случаев
одиночной работы выпрямителей. Методы расчета по полным дифференциальным
уравнениям с использованием ЦВМ по точности и универсальности значительно прево-
сходят аналитические и являются основными при проведении исследований электро-
магнитных процессов в ГЭУ, однако им присущи такие недостатки, как сложность и
необходимость применения ЦВМ с большим объемом памяти.
В последнее время появились упрощенные методы расчета с использованием по-
линомиальных зависимостей, построенных на основе методов планирования экспери-
мента и многофакторного анализа и позволяющих производить оперативные расчеты
на настольном калькуляторе с достаточной точностью (26J. Полученные полиномы
Дают возможность оценивать степень влияния различных факторов (параметров ГЭУ)
‘ К В^качестве факторов.
ратора хг = (х$ + Хд)/2 о. е,; глубина регулиро
__„„и-опа ? =—— (Р — активная мощность) ;
зов ателя X; расчетная мощность выпрямителя о в в
расчетное напряжение короткого замыкания входного трансформатора (реактора) с
Учетом кабельной линии UK — (Хд +-хк)^в °* е' ““ ак™вное сопротивление кабель-
ной линии; хк - активное сопротивление короткого замыкания трансформатора);
235
(Ld индуктивностьнагруЭки
^.»—**"*"* 2^d
, частота сети. Rd - метоИ* без применения мнкро-эви
’ маке яспользоваяяс1*^», у „роектантоя. а анализ влияния отКел„„14х
„ие случаев может вызвать затрУЛ" 6ует дополнительных расчетов. Позтомь
XX осуп^влены по приведенным и ,26,
приближенные расчеты могу иМОсТЯм, которые, будучи менее точными,
ппикягивно-полиномиалшым графическИх методов.
позволяют определять значею асинхронной нагрузки на шинах единой
эле^аХишХ'асчетеое сопропиление генераторов определяется из выражения
*d-YU +. хдх1&—,
Хг"-’^+<д) +ха.д)
где х -индуктивное сопротивление короткозамкнутого эквивалентного асинх-
ронного двигателя.
Индуктивность якоря ГЭД L я можно приближенно определить по формуле Ли-
умвиля-Уманского
60
L —
я С' Id ри ‘ litpn* 1Н
где сj -0,1 для компенсированных ГЭД, с, =0,6 для некомпенсированных ГЭД; р -
число пар полюсов; О) - круговая частота сети.
Реактивное сопротивление короткого замыкания трансформатора также приб-
лиженно можно определить по выражению
хк--------------1
100 *2н
матора- / ^номинТпквк'й Фазного напряжения вторичной обмотки трансфор-
Н0МИН“ фазный вторичный ток.
Выбор реактора производится по формуле
L -7 *Р - Уб
314ь>
:Р индуктивность И пеактаиитз
т' е СопР°тивление реактора; V номер гар-
шение а ” опРотивление; т число генераторов; kv отно-
““”е..аМП"^ выешеа ток_ Р
амплитуды VMeHl КамплитУДе первой гармоники; к
Умении^ высшей гармоники кРамплитудс „Рр.
kV
--- 1
*Р ,
ще £р, Х| ---
14
моники; ? =— °
"X
j----
требуемое отношение
вой гармоники.
Рзсчет пя **
значение o6caTwPaM,leH1U1 явпяются ср^^ЯМЛеНия’ Расчетными параметрами для
лазоХинТиХНа"РЯЖенм' a аИотого тока .максимальное
мальное значение об вентилсй> выбираемыхппРаТУРа ^>-я'ПеРехода вентиля, опреде-
иапряжении (Л с учет™0™ напРЯжения на в „5 Выпрямительной установки. Макси-
rfH Учетом перегрузки вентХТ ИЛе При «Финальном выпрямленном
определяется по формуле
U 1.051Л
обртах=~-----25__ ь
2 п>
256
где Лп 1>2 коэффициент, соответствующий 20%-ным перенапряже-
ниям t/jH-
Средиий ток наиболее загруженного вентиля с учетом разбаланса тока по парал-
лельно включенным вентилям в номинальном режиме равен
, Л/н
/в.ср н ~ >
Л
0,15
где =0,85 +---------коэффициент снижения нагрузки по току; т = 3 - для трех-
фазной схемы выпрямления; п число параллельно включенных вентилей
Температура р-п-перехода может быть найдена, если известна мощность потерь в
вентиле ДРВ и температура охлаждающей среды 0В*
0 = 0 + ДР г
О 0 о
где гв среднее значение установившегося теплового сопротивления вентиля (на-
пример, для вентилей типа ВКДПВ-1000 г в = 0,05 ° С/Вт)
Мощность потерь в вентиле определяется по выражению
где (70 - пороговое напряжения вентиля (для вентитя типаВКДЛВ-1(У> I/ = \8 В);
кф — 1,73 — коэффициент формы, равный отношению действующего значения тока че-
рез вентиль к его среднему значению; динамическое сопротив л ? г вентиля
вентиля типа ВКДЛВ-1000 /?д - 3,5 10"4 Ом).
КПД выпрямительной установки в номинальном режиме определяют по формуле
Pd . 10(F
где Р(! полезная мощность выпрямительной установки
Потери мощности в выпрямительной установке складываются из потерь в венти-
лях ДРв, предохранителях ДРпр, индуктивных делителях Д^н.д- соединительных
проводниках и потерь на систему охлаждения ДРОХЛ, если мощность для нее потреб-
ляется из ГЭУ
ДРЕ = ДРв+АРпр + Д/>ия + ДРш_*Л^пг.*Л^1>хл,
где ДРШ , ДР1 - потери на шинах постоянного и переменного тока соответственно.
К этой сумме добавляются 20% от , составляющие неучтенные потери в контакт-
ных соединениях, металле корпуса и т. д.
Потери в вентилях равны
Д^в = ^в.ср^е + ^з/в-ср^д^в»
где 7Ув - общее число вентилей.
Потери в предохранителях определяются выражением
^°пр ~^ф^в.ср^пруЧтр’
где /?пр = з . ю-4 Ом - сопротивление предохранителей типа ПНБ-66П 500; Nap -
число предохранителей в схеме.
257
^ивны' AeJIirrw‘" ' N = 0,2N ,
ид
, нндуктивн°м делителе; Ли д - число
потери в оЯН°М
=0,2 В^110™
где иД .а
и
LxIII—
i~
сопротивление меди; I I1F - длина и сеЧение
Р ««я (если она используется)
те ' Ш _э число ШЙН- олявого охлаждения (есл
ШИ52’' яа систему боДЯ , п
Потери на « 0,05г j.
tw охп
сгоянному току линейное напряжение на входе
прв «верных парами 00
выпрямите.™ Р»№ + Д{/
*д д______S,
нением выпрямителей. В последнем случае отсутствуют специальньге^ебования к ре-
гуляторам генераторных агрегатов, как это имеет место в ГЭУ постоянного тока с па-
раллельным соединением генераторов. Структурные схемы возможных вар™Ав-
тономных ГЭУ с НВ представлены на рис. 8.23. Схемы с УВ аналогичны ппивепеХм
В автономных ГЭУ с НВ, построенных по схеме Г Д, количествогенераторов
жестко связано с количеством гребных винтов. В автономных ГЭУ с НВ построенных
по системе неизменного тока, и в ГЭУ с У В это условие может не соблюдаться - воз-
можно построение многовальных систем с питанием даже от одного генератора Такие
схемы позволяют более гибко осуществлять отбор мощности от агрегатов ГЭУ на cv
довые нужды и питание мощных потребителей различных технологических комплек-
сов Параметры генераторов автономных ГЭУ не связаны жестко с параметрами гене-
раторов судовой сети и обычно выбираются из условий оптимизации ГЭУ. Мощные ав-
тономные ГЭУ могут строиться с использованием многофазных схем выпрямления.
Двенаде тифазные схемы могут быть осуществлены как с помощью специальных ге-
нераторов с двумя статорными обмотками, сдвинутыми на 30 эл. град, так и с по-
мощью рансформаторов, особенно если используются высоковольтные источники пи-
тания.
В автономных ГЭУ, как правило, используются НВ Применение УВ в автономных
ГЭУ целесообразно в многовальных установках, если отсутствие жесткой связи между
количеством генераторов и гребных винтов дает существенные преимущества.
включенных на один мост якорей ГЭД; (/„-вши.
юследовательно вкл падеНИе напрЯжения в выпрямительном мосте;
где к - число пс^....—
жени”якоря ГЭД; Д^в “^в'^в.ср ~
cos а+cos (а+у)
*, = 1.35---------------
С целью снижения пульсаций выпрямленного тока и уменьшения их влияния на
коммутацию ГЭД применяют ненасыщенные дроссели с сердечником. Индуктивность
дросселя выбирается из условия допустимой величины пульсации тока Ay=O,O2/jH
при R = 0 по выражению
_ г
я kjVG) Я’
где кц~ коэффициент пульсации выпрямленного тока, определяемый
мог выпрямления и зависящий от унта а. Так, в шестифазной схеме при
/^-5000 A,fc£y=0,12'. Г я =0,273 • 10 Гн необходим дроссель
м
III
Т1
Bf
НС
ЭН
ля
ма
на>
, Mi-1080 1П ‘ Гн
-------—--------- 0 273 10 0,4 ?7 Ю 1
в 0,02 5000 • 6 • 314
г.
%
Для с. Ц(,с
°’4,10‘! ГнКГаОбяДРОССеПЯ М0Гут быть взяты два рсаКТОР?Л^
в плгиЛ а‘’1^кг Ритные размеры одного реакгора 1510 х
•0.ОН / J ;,'{атиФй.нсй ехеме к
ны при заданной индуктивное ги Хй I
н” *емам ГЭУ п “Иого т°ка. Cv ’ . * £д “ 0) • ______- л,
*«сп® """"ого тока Ото ыпРямленного тока ГЭУ с НВ и УВ аи^
*/’*«» «А а по^К°..В “»'» с тем, что генераторы в них
раничпни Ко ^оянного тока м₽°еНии их отсутствует ряд ограничена » .
2ЧСГТИ' ВяХн?° ^егнтоЛп^ЩНо^ь генераторов, напряжение и ч^м
xoffiZT ГЭЛ- шУНтип И 0Ткл,°ЧениеР ЛеЛЯется только соображениями наде* цсПг.
т*лыл,ь 01 Мо*^ ВЬ1прЯми2пТТОров осуществляется без Ра3р’^1 нес*^
^к®Х'±Г,л«^”ае"е1' Жсст"° не регламентировано и "Р*
2Я •"’« Лая „“"’"«нонно с помощью сортветсгвую-да^*1^
""оиальных и многовальных установок
ГЭУ с НВ и УВ: одноконтурные одно-
Рис. 8.2.3. Схемы автономных I ~ z^\ ппноконтупные
вальные (а, б, в), двухконтурная одновальная (г), ДО е
двухвальные (д, е), двухконтурная двухвальная (ж), Р
одновальные двенадцатифазные (з, и, к).
259
,„„„ей применяются в основном УВ. и струг
,1 ешрктрос'ганиИ L.-oveMbiM В тиристорных элекп опту.1 1 Та'
в гэу с ein ^уйгурам» и ' особуЮ важность приобретает nnne°,Wx
К“ ГЭта^з®«"я- ИТ'даек^зн'Р™инаШТХЭ1’еКТ^а“,ЦВД-кот”^а
pa Z требуемого качества эле тр мероприятий. Одни из них направлен" °е
o6k”ZZmouwo ’’"""м »сеть (применение многофазных схем вЫп ' ”
Д0П«шеяяе влияния ГЭУ на судов» .мещающих автотрансформаторов, к Р м'
y“Zпомощью’Ра"1Фор™Т°Ракто*Ми и трансформаторами), другие - „а р^
Х>»а®“'ЖМС“™ых потребителей с помо-ж .растепленных” реактор
Ze схем ГЭУ " Пателей, фильтрокомпене»,.у-"т.х (индуктнв,,^
электро маш инны ир
костных) схем ИТ. д- й электростанцией и УВ приведены на рис. 8,24
Варианты схем 1J* с еди
Рис. 8.2.4. Схемы ГЭУ
* д)’ многовальные одаоконт?п?Р°^адей и УВ: одновальные одноконтурные
вХе Г°К0НТуРНЬ‘е (б) ’ 0ДНовальные двухконтурные (г),
одновагп^1,УХК°НТурНЬ1е ( ДвенадштнлаЗНЫМИ Входом и выходом (е, Ж, з),
- опнойОДНОК°НТурнЫе с трехЛп ЗНЬ1М Входом и трехфазным вь1ХОДО1*.пом
(ей к-i с ктРостанцией (д я НЫм НхоД°м и двенадцатифазным вых
Ш Ж’ " ВЕУМ” ’KKTp0CTBaZeM
переменного toJ^v0 Тока , с алею ’ С лЛектР°машинным преобразова
батареи (о). И В <«)» с псреклЮЧсН7с^^Нл1М пРеобРазователем п<^° нОЙ
чем 1 ЭД на питание от аккумуЯ#1 и
260
Применение грансформнгорои е индуктивной развязкой целесообразно в систе-
ма1 С высоковольтной злектроетанцвей (рис. 8.2.4, е. ж), так как в низко”™Х
системах трансформаторы с коэффициентом трансформации к = 1 пассчитаним». ня
полную мощность Г )Д, значительно увеличивают массогабаритные показатели и сто-
имость ГЭУ. В таких системах целесообразно использование фазосмещающих авто-
трансформаторов (рис. 8,2.4, и, к), установленная мощность которых для обеспече-
ния двенадцатифазной схемы выпрямления составляет 25% суммарной мощности
выпрямителей, а для восемнадцатифазной схемы 30% Известны варианты схем с
включением на один якорь двухъякорного ГЭД выпрямителя через трансформатор,
а на другой якорь - через реактор (рис. 8.2.4, з). Недостатком таких схем является
то, что при мноюфазном входе выпрямительная часть остается трехфазной и для
снижения пульсации выпрямленного тока может потребоваться установка сглажива-
ющих дросселей. Аналогичный недостаток по влиянию на сеть имеет схема, пред-
ставленная на рис. 8.2.4, к. Используются также схемы, приведенные на рис. 8.2.3, е,
ж и рис. 8.2.4, в, д, если статорные обмотки механически соединенных генераторов
сдвинуты относительно друг друга на 30 эл. град.
Для уменьшения влияния УВ на судовую сеть используют фильтрокомпенсиру-
ющие устройства, состоящие из косинусных конденсаторов и реакторов и работаю-
щие как резонансные (настроенные на частоту одной гармоники) или полосовые
(фильтрующие несколько гармоник) фильтры. Однако массогабаритные показатели
таких фильтров при мощностях ГЭУ более 1000 кВт весьма значительны и эффек-
тивность их снижается при отклонении частоты сети от номинального значения.
На рис. 8.2.4, л приведена схема ГЭУ с использованием „расщепленных” реакто-
ров [40]. Взаимоиндуктивная связь между ветвями обмоток при их бифилярной на-
мотке позволяет скомпенсировать коммутационные провалы напряжения на шинах
питания судовых потребителей при определенных соотношениях индуктивностей
ветвей реактора, нагрузки и генератора. Такие схемы могут применяться для широ-
кого диапазона мощностей ГЭУ.
В ряде случаев для развязки сетей ГЭУ и судовых потребителей применяются
электромашинные преобразователи. Один из вариантов таких схем показан на
рис. 8.2.4, м. Они используются в тех случаях, когда требуется неискаженная сеть для
питания чувствительных приемников (например, на исследовательских судах). В схе-
мах мощных ледоколов для нейтрализации влияния как УВ, так и ГЭД в динамичес-
ких режимах, например при частых реверсах, могут быть использованы электрома-
шинные преобразователи постоянно-переменного тока с питанием приводного двига-
теля постоянного тока от УВ для стабилизации его частоты вращения (рис. 8.2.4, и) •
Структура единой электростанции зависит от мощности ГЭУ. При низком на-
пряжении (400-690 В) из-за ограничений по разрывной мощности существующих
автоматических выключателей мощность станции, если не применяются устройства
ограничения токов короткого замыкания, не может превышать 3 МВт. Поэтому еди-
ные электростанции с мощными ГЭУ при низком напряжении содержат несколько
секций. Если такое решение значительно увеличивает габариты щитов, используют
высокое напряжение.
В ряде случаев (например, для исследовательских судов) необходимо предус-
матривать аварийные и малошумные режимы с переключением ГЭД на питание от
аккумуляторных батарей или других статических источников (рис. 8.2.4, о). Так как
напряжение этих источников питания обычно вдвое ниже выпрямленного, частота
вращения ГЭД в данных режимах ниже номинальной.
Схемы ГЭУ с единой электростанцией могут быть построены также с примене-
нием НВ, что значительно упрощает мероприятия по обеспечению требуемого качест-
ва электроэнергии. В таких схемах могут применяться сдвоенные генераторы с пос-
ледовательно включенными статорными обмотками (рис. 8.2.5, а) или индуктивно-
емкостные преобразователи (ИЕП) (рис. 8.2.5, б).
Принцип работы ИЕП как одного из распространенных параметрических ис-
точников тока, предложенный еще в начале века Бушеро и Штейнметцем, заключает-
ся в поддержании на выходе стабилизированного тока за счет резонанса напряже
в контуре, образованном реактивными элементами 130]. Как видно из рис. 8.2.5, в,
ток нагрузки (на входе выпрямителя) равен
261
9 U
Z2 <
нг
го тока с единой электростанцией и
“™S=^=”"1Ы
пем (ИЫМ \UJ
г^^~~ (it + Ъ> М£ - (х£ - хс)
z j С
• _ и
и при условии Х£ ~xq ~xr будет равен /нг — . % , т. е. не зависит от сопротивления
нагрузки z^, поэтому ток в контуре ГЭУ будет поддерживаться постоянным при ре-
гулировании частоты вращения ГЭД изменением возбуждения. Напряжение на шинах
электростанции также не изменяется.
Сравнивая элементы ГЭУ с НВ отечественных электроходов (генераторов, ГЭД,
статических выпрямителей, щитов) по массе, занимаемому объему и стоимости,
можно сделать вывод, что масса и габариты тихоходных ГЭД составляют при мини-
мальной их удельной стоимости 60—65% массы и габаритов ГЭУ. Удельная стоимость
специальных генераторов (сдвоенных) примерно в два раза выше, чем генераторов
обычного исполнения.
Минимальными массогабаритными показателями обладают выпрямители, щиты
рудование ПРИ максимальной их удельной стоимости.
показатели пп^Н°Й элсктростанцией и УВ удельная стоимость и массогабаритные
«««и 7™ с/щественн° выше- че« ®гэу с н₽ и”м
энергии, большей стоимп^и^Р0ЙСГВ’ обеспечивающих требуемое качество электро
8.2.6. Системы n₽rvn В И меНьшей Удельной мощности ГЭД.
генераторов автономной г^ВаИИЯ И упРавле»ия. Системы возбуждения синхронных
ми, так и с систем^ ВЫПолнять™ как с автономными возбудителя-
система возбуждения с п °возбуждения- Для мощных генераторов целесообраз
вый канал обеспечивает бо лельн°^оковым компаундированием, в которой то
ПеРегрузки [ 38}. В рэу Рп .2^ Часть мощности возбуждения и воспринимает
самовозбуждающиеся генератору ЭЛектРостанНией применяются обычные суД
"окавобаЧ€СТВе ^3еРВ|п«-Н№епПОЛЬЗУЮТСЯ РевеРСИВНЫе тиристорные возбуД*^
Crw^Kax В03бУждения, ерсивные с контактным изменением напр
“тоном^рэ^ Возбудители строятся пл г, ,лл«мления й ®
8 Работе 1^°Л^тпита^ от“^ДВенадцатиФазной схеме вЫПрЯ
6УждаюшиУГО1 J ₽ассматрива₽тп« шин сУДовой электростанции. ^мово3'
п°лнениых по ^НхроннЫх генепатп ВОЗможность использования серийных ви-
£?Ме неизменноС КорРектоРом тока в автономных ГЭЬ
°лиойизт^ №Том»гическпТ тока- тсЯ
’'’‘^«турщ.х^^яирования частоты вращения ГЭД «РоЯ
. ’"“‘“энных та рис. 8.2.6.
Рне. 8.2.6 Варианты структурных схем автоматического управ-
ления 1 ЭД: а с одним регулятором и нелинейной обратной
связью по току; б - двухконгурная параллельно]-о действия
лективным регулированием тока; в двухконгурная после-
довательного действия (подчиненного регулирования)
1 — регулятор частоты вращения; 2 — регулятор тока; 3 — вы-
прямитель (преобразователь) ; 4 — ГЭД.
Наиболее простая из них (рис. 8.2.6, а) содержит одно регулирующее устройст-
во (регулятор), на вход которого поступают сигнал рассогласования между запан-
гым и действительным значениями регулируемого параметра (напряжения или час-
тоты вращения ГЭД) и сигнал нелинейной обратной связи по току якоря ГЭД. При
токе, меньшем, чем заданное предельное значение, схема работает как регулятор
напряжения или частоты вращения, а при превышении этого значения - как регуля-
тор тока.
Вторая схема (рис. 8.2.6, б), реализуя тот же принцип регулирования, содержит
два независимых попеременно работающих контура с отдельными регуляторами,
т. е. представляет собой двухконтурную систему параллельного действия. Такая
структура позволяет осуществлять раздельную настройку каждого из контуров, учи-
тывающую различие в передаточных функциях объектов регулирования, в то время
как при одноконтурной структуре настройка регулятора может быть только комп-
ромиссной.
Третья схема (рис. 8.2.6, в) представляет собой многоконтурную систему с пос-
ледовательной коррекцией, отличительной особенностью которой является подчинен-
ное регулирование основных параметров ГЭУ. Число последовательно включенных
регуляторов равно числу регулируемых величин, на вход каждого регулятора пода-
ются сигналы заданного и действительного значений регулируемого параметра, при-
чем предыдущий регулятор вырабатывает сигнал задания для последующего. Эта схе-
ма равноценна второй по динамическим показателям при возмущении по заданию и
несколько хуже ее при возмущении по нагрузке, однако более проста и удобна в
настройке. Способ подчиненного регулирования позволяет легко вводить ограниче-
ния параметров, относительно просто осуществлять расчет и реализацию систем, в
связи с чем такие схемы получили преимущественное применение в современных
ГЭУ. Они позволяют с большой точностью реализовать обеспечение постоянства мощ-
ности, защиту генераторных агрегатов от перегрузок и перехода в двигательный ре-
жим, ограничение энергии рекуперации и крутизны задания частоты вращения ГЭД
при быстрых перекладках рукоятки поста управления и др. Вопросы выбора струк-
тур схем подчиненного регулирования и расчет их элементов подробно изложены в
работе [ 59 J.
На рис. 8.2.7 приведены варианты структурных схем систем автоматического
управления автономных ГЭУ с НВ и У В. Первая из схем используется также в ГЭУ с
У В и единой электростанцией. Отличие в построении структур заключается в том, что
в ГЭУ с НВ выход регулятора выпрямленного тока воздействует через усилитель на
статический возбудитель генератора, а в ГЭУ с УВ - на сам выпрямитель.
Управление частотой вращения ГЭД осуществляется по схеме подчиненного ре-
гулирования электромагнитного момента путем регулирования тока возбуждения
263
Рис. 8.2.7. Структурная схема системы автоматического управления
ГЭУ переменно-постоянного тока: а - с УВ; б - с НВ.
тг
шзд
шсс
ОВД
20
16
15
*-к другим Рст
77
Рис. 8.2.8. Стп
ГЭУ неизменного тока СХема СИсгемы автоматического управления
°Р°М- сам0В0збуждающимся синхронным гене-
fflt'C - .
Тг* cyno w
ТахогенеРатор. станЦии; ШЭД — шины электродвижения;
264
гэд С последующим регулированием тока якоря. Сигнал заданной частоты вращения
подается пт потенциометра J, соединенного с рукоятками постов управления к ре-
гулятору частоты вращения ГЭД 7 через задатчик интенсивности 4 и блок ограниче-
ния 5, что позволяет защитить генераторные агрегаты (в ГЭУ с НВ) и питающую сеть
(в ГЭУ с УВ) от набросов нагрузки при быстрой перекладке рукоятки поста управ-
ления На блок ограничения 5 подаются сигналы активной мощности генераторных
агрегатов / через суммирующий блок 2. Задающий сигнал с блока 5 сравнивается в
регуляторе 7 со значением частоты вращения, поступающим через элемент б от тахо-
генератора 77 ГЭД. Выходной сигнал регулятора 7 через ограничитель возбуждения
8 подается на регулятор тока возбуждения 9, где сравнивается с истинным значением
тока возбуждения на входе реверсивного статического возбудителя, поступающим
через выпрямитель /7. В зависимости от полярности выходной сигнал с регулятора 9
подается в ту или другую часть блока 10, с которого он поступает на блоки системы
управления УВ возбудителя, обеспечивая требуемо* знамени и направление тока
возбуждения ГЭД. Для образования задающего значения тока якоря сигнал истинно-
го значения тока возбуждения с выпрямителя 11 подается через блок выпрямления
12 на функциональный преобразователь (квадратор) 13, с которого через ограничи-
тель 14 поступает вместе с сигналом истинного значения тока со входа выпрямителя
17 на регулятор тока якоря ГЭД 15 и далее через блок 16 — в схему управления
УВ 18. Ограничитель 14 по сигналам 1 обеспечивает требуемое значение тока якоря
ависимости от количества и загрузки генераторных агрегатов
В автономных ГЭУ с НВ (рис. 8.2.7, б), блок УВ 18 представляет собой стати-
ческий возбудитель генератора, а в ГЭУ с УВ - силовой УВ в цепи главного тока.
Возможны другие структуры управления ГЭУ, приведенные, налример.в работе
[53]. Ограничение энергии рекуперации может осуществляться в ГЭУ с УВ функцио-
нальными блоками, обеспечивающими инвертирование через УВ такой мощности,
получаемой от ГЭД при реверсе, которую могут принять сеть и генераторные агрега-
ты при сохранении стабильной частоты. В некоторых схемах роль этих функциональ-
ных блоков выполняет обратная связь по частоте, осуществляемая с помощью
тахогенераторного агрегата.
На рис, 8,2,8 приведена структурная схема системы автоматического регулиро-
вания и управления в ГЭУ неизменного тока с НВ и регулятором тока, воздейству-
ющим на систему самовозбуждения генераторных агрегатов (8].
Система обеспечивает стабилизацию постоянного тока с точностью ± 2% распре-
деление напряжения между генераторами контура с точностью до 5 (для их равно-
мерной загрузки), возможность регулирования уставки тока в пределах 1:10. Эти
требования реализуются многофункциональным регулятором стабилизированного
тока (PCI), обеспечивающим пропорционально-интегрально-днфференциальный за-
кон регулирования (ПИД-закон).
Функциональные преобразования структуры РСТ осуществляются элементами
2, 3, 10, срабатывающими по сигналу „реверс” от поста управления 13, которые от-
ключают каналы регулирования по Напряжению и постоянному току и включают ка-
нал стабилизации переменного тока для подпитки НВ током от генератора. При от-
сутствии этой команды работают трц канала: стабилизации выпрямленного тока (че-
рез блок 11), напряжения (через блок S) и распределения напряжения (через блок
6). Ограничение верхнего значения напряжения (до 105% номинального) осуществ-
ляется блоком 7. Изменение уставки тока обеспечивается по сигналу от поста управ-
ления 13 через блок 11. Выходной сигнал РСТ с блока ПИД 9 через переключающий
блок 5 подается на обмотку подмагничивания системы самовозбуждения генератора
7. При отключении генератора от контура ГЭУ и включения на шины судовой сети к
блоку 1 вместо РСТ подключается корректор напряжения 4. Приставка, показанная
штриховой линией, обеспечивает переключение РСТ с режима стабилизации тока на
режим работы ГЭУ по схеме Г-Д если это требуется при одинаковом изменении
частоты вращения всех ГЭД включенных в контур
С постов управления 13 и 13' подаются сигналы на сумматоры 23 (непосредст-
венно) и 22 (через инвертор 27), пропорциональные их угловым скоростям (О), и
) Выход схемы подлючен к ограничителю напряжения (канал блок 8 — датчик
напряжения). При разновременном или неодинаковом управлении двигателями
со, - со2 ф 0 и переключатель 24t получая сигнал с сумматора 22, подает запрет на
265
блок переключения 25, препятствуя прохождению сигнала с сумматора Zj и
чивая нормальную работу РСТ. При одновременном одинаковом Управ.Пен В <>бвс
их постов управления Ч = и сигнал с сумматора 22 отсутству^/^^е,
случае в ограничитель напряжения канала блока подастся сигнал U=* (о этом
=ксо, изменяющий уставку напряжения прямо пропорционально измене^/0»} 55
+ со =6Л Регулятор перестраивается на работу по схеме 1 ц
’система управления ГЭД выполнена по принципу подчиненного реГу
ПИ-регуляторами тока возбуждения 17и частоты вращения 16. Сигнал с пост°ЯаВПя с
пения 18 через задатчик темпа 14 и ограничитель мощности 15 подается на п Я УВрав'
16, где сравнивается с истинным значением частоты вращения, получаемы еГ^Вят°р
генератора Выходной сигнал с регулятора 16 вместе с истинным значением^ °Т Тахо-
бужцения полается на регулятор I7 Контур регулирования напряжения Г'^п°,<а в°3'
ет в работу только при превышении напряжения заданного значения, опп ВстУПа-
количеством генераторов в контуре, что обеспечивается функционгип,н еЛеВЯе^0го
зователем 19 по сигналам 18 от генераторов. Поддержание заданного Ъ1М ГГРе°бра>
ряжения воздействием на возбуждение ГЭД одновременно с поддер> Начег*ия нац
кого тока обеспечивает ограничение мощности генераторных агрегате НеизМен
Реверс двух ГЭД одновременно осуществляется по следующе\
динамическое торможение, разгон в противоположном направлении .?ИКЛу; выбег
мент изменения знака ЭДС блок логики 20 включает функционален п ” 310/4 в Мо’
тель тока 12, ограничивающий ток динамического торможения Ь й ПрсобРазОва"
вере в РСТ При реверсе одного ГЭД структура контура зегул СЦГНап >.Ре-'
вращения не меняется, но сигнал „реверс” в РСТ не выдается. УлиР°Вания частоты
Во всех этих схемах применяются быстродействующие
ные на операционных усилителях посеянного тока, которые поч^ЯТ°РЫ’ ПостРоен
с высокой точностью необходимые передаточные функц^ Де Т реал«оваТк'
унификацию схем и конструкций узлов, простоту kZ, ’ обеспечивают щИпп^
ММую "рам™ИЯ У К0МПОНОВКИ „ Наладк„ с
У™Фишр„ваннь,е 6
уоиктелел типа KS53 УД2. ' “"игральные схемы на основе операвд™ f е‘
Mo-
^мтогопмСКИМИИСТОЧНИКАМИзлектроэнЕРгии
TOKa ’ -ких ГЭУ
мягкой характеристик^ «иешяей характеристикой и^о ^°₽НЫе батареи МБ) раз-
М0ЭЛектРическими (тэп ЗРЯДУ С Ними РазРабатываютея ИВНЫе элементы (ТЭ) с
магнитогазодинамнч )’ теРм°ионными (ТИП т СЯ перспекти»ные ГЭУ с теп-
л™<* в ^Znen^ (МГДГ) генераторами ^^^нными *
ких ГЭу60^ ЭК0Номичными и Яерживать этот режим без
гэд "
8.3.2 г^Т°ка- С пом°и<ыо статических пл™/0™ И частотное уп'
npt0 6Da. Пост°янного тока П преобразователей электро-
Лс«иягэп 30вателей и °Собенипс,
Лят°Р »ллряж2°ЯНН0Г0 т°ка явпя ЛНительным органом С Х е м импульсных
®й« Двухпопа еИНЯ‘ fl пределах ЯеТСЯ ИмлУльсный « М СИСТемы импульсного упряв-
^?*ХСЯ пРик^п'Й ИМПУГП>С нап"ХИОад к°ммутации иея0браЗОВатель (ИП) илиРегУ'
Тирован *ТЯ’ Извест«о большоЫХОДе фо₽ми₽Уется одн°‘
0 Риулиро, ™"" ’“«одного HannaJ1 Ш Число схем ИИ- Р”™1™"
«6 ‘ т®кже типом^еХТ (ОДН0' ИЛИ дв>'хп°',я1’н°'
Импульсный способ управления является наиболее простым, поэтому схемы и
структуры ИП значительно проще, чем, например, УВ и тем более статических ппео£
разователей частоты. статических преоб-
ИП на полностью управляемых вентилях существенно отличаются от ИП на ти-
ристорах, так как в них отсутствуют коммутирующие реактивные элементы
Постоянная составляющая напряжения (70 (напряжения на выходе ИГЛ прямо
пропорциональна времени (длительности) импульса ти и обратно пропорциональна
периоду коммутации Т. Отношение этих величин 7 =/и/Умазывают коэффициентом
заполнения.
Для однополярных ИП Uo = (/п7, а ДЛ« двухиолярных ИП (70 =17 (27 1), где
Un напряжение питания (напряжение на входе ИП) Из последнего выражения вид-
но, что в двухполярных ИП можно изменять не только величину, но и знак напряже-
ния, т. е. обеспечивать реверс ГЭД при постоянном потоке возбуждения. В этом вы-
ражении 7 — коэффициент заполнения, соответствующий включению вентилей одно-
го направления, а 7 — 1 другого направления.
Применение двухполярных ИП на полностью управляемых вентилях для ревер-
са ГЭД позволяет значительно упростить схему управления, обеспечить высокие ди-
намические и регулировочные качества, но энергетические показатели таких ИП низ
ки, так как в течение времени (1 - 7) Т при обратном направлении вращения ГЭД бу
дет работать в режиме противовключения. Пульсации напряжения в схемах с двухпо-
лярными ИП в два раза больше, чем в схемах с однополярным ИП, поэтому приме-
нение их целесообразно при малых мощностях ГЭД (в пределах возможности транс-
форматорных схем).
Мостовые схемы двухполярных ИП могут быть использованы в качестве одно-
полярных с реверсивным выходом, представляющих собой комбинацию двух нере-
версивных однополярных ИП.
В ИП на тиристорах для прерывания цепи главного тока необходимо применять
искусственную коммутацию. При этом нарушается прямоугольная форма импульсов
напряжения, особенно при малых 7. Моменты включения и отключения определяют-
ся не только характеристиками тиристоров, но и типом, а также параметрами ком-
мутирующего устройства.
В большинстве схем тиристорных ИП накопителем энергии для коммутации яв-
ляется конденсатор. В цепь коммутирующего контура обычно входят также комму-
тирующие дроссель LK и конденсатор С. При правильном выборе параметров LK и
С перезаряд конденсатора имеет резонансный характер.
Существует несколько способов импульсного регулирования:
а) широтно-импульсное (ШИР), при котором (и = var, Т - const,
б) частотно-импульсное (ЧИР)* при котором Ги = const, T=var;
в) время-импульсное, при котором f0 = const, T=var (г0 — времянахожде-
ния тиристора в открытом состоянии);
г) комбинированное (широтно-частотное), при котором одновременно (н =
= var, r = var.
Чаще применяется ШИР, в отличие от которого при ЧИР значение 7minHe может
быть равным нулю, так как (и = const. Для получения малых значений 7 при ЧИР
приходится значительно снижать частоту коммутации, что вызывает увеличение габа-
ритов реактивных элементов. Однако ЧИР позволяет получить более простую схему
главного тока и управления с использованием неуправляемых колебательных кон-
туров. Иногда это преимущество ЧИР является решающим. При время-импульсном
регулировании (разновидности ЧИР) можно получить Tmin-®’ но ^шах^ так
как r0 = const.
Схемы главного тока ИП. Простейшая схема ИП с ШИР представ-
лена на рис. 8.3.1, а. Принцип действия и расчет параметров приведены в работе
I 6’ Недостатком схемы является уменьшение длительности разряда С, а значит,
возрастание времени выключения тиристора с увеличением тока. Чтобы напряжение
заряда С автоматически увеличивалось с ростом нагрузки, необходимо применять
положительную обратную связь по току. Схемы таких ИП описаны в [ 56, 5 , 1
Применение серийных тиристоров без параллельного соединения позволяет создавать
ГЭУ с ИП мощностью до 20-30 кВт даже при естественном охлаждении. Масса тако-
го ИП не больше, чем у простейшего силового контроллера.
267
Рис. 8.3.1.
с ИП И ШИР, б С п _ вспомогательный тирис-
Т. Т1 - главный «РИ^о С перед пуском) ;
тор (для пРадВЗр"’.йднод; ОД- обратный диод.
п _ Коммутируютиидиоц’
РЭУ постоянного гока: а
й Приена простейшая схема ИП с ЧИР. Поскольку в течение
На рис. 8-3.1, б приведена «г в кОнтуре изменяется автоматически и тиристор
каждого периода направление т лючений, коммутация по существу не отлича-
запирается без вспомогатепьн схема управления, которая обеспечивает
ется от естественной, поэтому х последовательности импульсов регулируемой час-
ТОЛЬК°0бХМиз времени t0 =7T^LkCh времени обратного
«ремрадакода^тор^лпостоянной, так как Гоп уменьшается с
ггпм'^зТ С целью повышения устойчивости необходимо вводить в контур
SyrS внутреннюю положительную обратную связь по току.
Дтя получения тормозных режимов применяют схемы с дополнительным тор-
мозным контуром, одноконтурные схемы с переменной структурой и другие реше-
ния Способ торможения ГЭД и структура схемы зависят от типа источника электро-
энергии Решающее значение имеют характер внутреннего сопротивления источника и
его способность принимать энергию в период торможения. Наилучшие условия для
двустороннего обмена энергией и наибольшая необходимость в нем создаются при
питании ГЭД от аккумуляторов или других автономных источников, способных
принимать энергию и имеющих емкостные свойства. Реверс ГЭД осуществляется
переключением в цепи якоря, возбуждения или с помощью мостовых схем. В послед-
нем случае применяются все известные принципы управления вентилями (симмет-
ричная, несимметричная и поочередная коммутация)
При создании мощных ИП (сотни и тысячи киловатт) используются параллель-
ное соединение вентилей или самих ИП (многофазные схемы). В последнем случае
несколько (т) одинаковых, параллельно включенных ИП (фаз) работают на один
ГЭД. Управляющие импульсы на открытие фазовых тиристоров подаются со сдвигом
в 1/т периода, остающимся неизменным при переменной рабочей частоте. В таких
схемах предпочтительно использовать ЧИР. Принципиальная схема такого ИП приве-
дена на рис. 8.3.2.
КаЧ СГВа электР°энергии на выходе ИП обеспечивается повышением
пульсации ЧТ° Д0СТигается значительно проще, чем увеличение частоты
пуль^ади выпрямленного напряжения в многофазных УВ.
ваяия, ««WiecnnXoroX™* том ип"е комбиниР°ванно™ способарегулиро-
на входе переключение вы Оде ИП рассмотренными выше способами, так и
нее может выполняться бе ** аккУмУЛяторов или топливных элементов. Послед-
коммутаторов дискретно '*онтактным способом с использованием тиристорных
ном регулировании напояж hZJ™8”0 С Применением ШИР или ЧИР. При дискрет-
ное Регулирование выходного и»/ входе (переключением секций АБ и ТЭ) плав-
8-33. ГЭУ -ютякХ ™'?“СН"Я о6ес"с™»ается самим ИП.
типом ГЭД В ГЭУ иостояиХХТ «"«‘•ОсобснностиГЭУ. Основным
хрояпые электродвигатели как на^к1ИН0Г0 Т0Ка ЯВЛЯЮтсЯ короткозамкнутые асин-
фазХмИИ‘ ПроектиРУются также ГЭУ* Простые по конструкции и надежные в экс-
точникпп₽°ТОрОМ’ Мощность ГЭП ппиа С Синхронными ГЭД и асинхронными ГЭД с
электроэнергии н не ппр» 0ГРаничена возможностями применяемых ис-
осходит сотен киловатт. С внедрением новых
Рис. 8.3.2. Схема ГЭУ постоянного тока с многофазным
частотно-импульсным преобразователем.
£к — коммутирующие дроссели; Lc — сглаживающие дрос-
сели; £ф, Сф — дроссель и конденсатор фильтра.
источников тока (мощных ТЭ большой емкости, ТЭМГ и особенно МГДГ) ГЭУ пос-
тоянно-переменного тока смогут быть реализованы на мощности в десятки и сотни
Мегаватт. Подобные ГЭУ обладают рядом преимуществ, важнейшим из которых
является использование прямого преобразования химической, тепловой и атомной
энергии в электрическую, реализуемого в статических источниках электроэнергии.
Преобразование постоянного тока в переменный осуществляется с помощью
статических инверторов различного типа.
Структуры статических инверторов В ГЭУ с асинхронными
ГЭД применяются в основном автономные инверторы (АИ), преобразующие посто-
янный ток источника в переменный ток регулируемой частоты без использования на
стороне переменного тока другого источника электроэнергии. При использовании
вентильных ГЭД, построенных на основе синхронных машин, могут применяться за-
висимые (ведомые) инверторы (ЗИ), выходная частота которых задается с по-
мощью датчика положения ротора, а естественная коммутация осуществляется под
воздействием ЭДС этой машины.
Известно большое количество схем главного тока и систем управления АИ, раз-
личающихся числом фаз, структурой, способом соединения вентилей, параметрами
реактивных элементов, формой кривых напряжения и тока на выходе, энергетичес-
кими и другими характеристиками. К числу важнейших признаков АИ относятся
способ коммутации тока и характеристики его как источника электроэнергии.
В зависимости от особенностей протекания электромагнитных процессов АИ
разделяются на три основных типа; инверторы тока (АИТ), инверторы напряжения
(АИН) и резонансные инверторы (АИР). В ГЭУ применяются первые два типа АИ,
так как АИР используются в устройствах, где требуется высокая частота выходного
напряжения (единицы десятки килогерц) при практически индуктивном характе-
ре нагрузки.
Для АИТ характерно формирование выходного тока определенной формы, а
форма и фаза выходного напряжения зависят от параметров нагрузки, в то время
как в АИН, наоборот, формируется выходное напряжение определенной формы, а
форма и фаза тока зависят от характера нагрузки (рис. 8.3.3). Резкой разницы меж-
ду этими инверторами нет, в большинстве случаев они работают в режимах, близких
к промежуточным. Наиболее просты и надежны схемы АИ на полностью управляе-
мых вентилях.
Основные характеристики и схемные решения АИ приводятся в [56, 58, 60].
Необходимыми элементами АИТ являются сглаживающий дроссель с большой
индуктивностью и коммутирующие конденсаторы, служащие одновременно источ-
ником реактивной мощности. АИТ позволяет получить на выходе напряжение, близ-
кое к синусоидальному даже без специальных фильтров.
По способу включения коммутирующих конденсаторов АИТ подразделяются на
последовательные, параллельные и комбинированные.
269
fl
„ „ 3 з Схемы и временные диаграммы токов и напряжений
<“> »'В1'Р”Ж®“Я (й-
ж^пктнаиие ЛИТ с ограниченной коммутационной см-
В Г р »» ^ндчг ffor ми) В ник ав не позволяют конденсаторам
"никоомХ №"Л длительность нх работы ограничивается пери-
SПиммутщии, что позволяет уменьшить емкость конденсаторов и исключает
вщможностьлюявления автоколебаний. Энергия, запасенная в магнитном пояс ГЭД
‘ ™обратный вентиль подастся иа вход ЛИТ, благодаря чему осуществляется ком-
пенсация реактивной мощности. Недостатком схемы является прямоугольная форма
вы юдного напряжения, возможность срыва коммутации при бол ших перегрузках и
жесткая вязь входного и выходного напряжений.
В отличие от ЛИТ питание АИН осуществляется от источника постоянного тока
непосредственно, без слаживающего дросселя, поэтому АИН имеет жесткие харак-
теристики, практически не зависящие от нагрузки. Форма выходного напряжения
близка к прямоугольной, и для ее улучшения необходимы фильтры.
Обязательными элементами АИН являются обратные вентили, С целью умень-
шения внутреннего сопротивления источника питания необходимо включение на
вхопе накопительного конденсатора. При использовании аккумуляторных батарей с
малым внутренним сопропшлением включение конденсатора нс обязательно. АИН
допускает работу в режимах холостого хода. В зависимости or способа коммутации
АИН разделяются на схемы с общей, межфазовой (ра »витие схем параллельных
АИТ; и индивидуальной коммутацией.
на общей коммутацией выходная частота и диапазон регулирования
чапряж .<ия ограниж ны из-за повышенной ча« готы включения коммутирующего уст-
ройства и зависимости сп, от входного напряжения.
- яте л* межф повой коммутацией относительно просты и позволяют
зиачиТ^к1к?Р/НаЧРНИ аЫ1пдиой,1а‘;о11'1 иом ссаио ье используемых
й нно В контуры коммут XI НИ И в ЗМОЖНО вклю ,снисм Р<-»с неносрсдст
рисгики и выХУу1 п ин Чи И уг|равления)‘ "° лучшие выходные характе
мутацией * 0Лиум частоту имеют АИН с индивидуальной ком
осущл твляггсл изменснием^ягт Т0Ш Я ЛИ м' пРс71ггавлясг больших трудностей и
^Улировшие ХХгХя™ 3ада*0Щ, [п «чнератора.
изменением частоты и другими А*ЯЖеНИЯ "° ог,РсДелениому закону, связанному с
фазным и широтным методами <ракторами’ может осуществляться амплитудным,
Первый метод реализуется при
<ступ*ичатый метод) либо нкП1ли™КЛЮЧСНИем сскций источника питания на входе
, Э На йых°л<*. Воэможиоети «Х**М упРавля«мого дросселя или авто^ансфор
ритн! гм и энергеГичс хим показатеЬ,°ПаИИЯ ПИХ спосо(5ов ограничены по массо-
270
Вн.рой менщ предусмщрияжт измгиени. у.ла сцВЖ а между Напряжением и То-
ком < помощью индукшиного регулятора <в АИ < ,ИН1Вой коммутирующей ем-
костью) или между напряжениями двух (и болег, АИН, |мбо ыющих последователь.
ц<» на один!
|р<“1ИЙ метод предусматривав pci улиронаищ широты полуволны выходного
напряжения изменением момента включения и выключения тиристора при неизмен
ной величине периода широгио-имнупы н<я pci улироваиие входною напряжения или
широт по им пулы пун» модуляцию (ШИМ) полуволны вы ходи, ы> напряжения на не
су пей частоте, и несколько раз прево< ходящей выходную.
Достоиш тио ШИР 1акиючает( я в том, что при высокой ча лоте п ; ключения нс
требуется установки фильтра на выход АИ, н дш гаток в и< дймо ти приме
нения регулятора, рассчитанного иа полную мощность инвертора
ШИМ р Авизуется непосредственно тиристорами самотоки -лтэра, hoi змижна
только в ех< мах индивидуальной коммутацией.
При выборе схемы инвертора дли ГЭУ опрсд ляющим у л ви»*м является iap
моничсский осгав выходного напряжения, зави< ящий от ак юба коммутации и ре-
гулирования Предпочтение отдается способу, обеспечиваюuv му минимальны? массо-
габаритные характеристики фильтров.
Для мощных ГЭД могут рассматриваться двухмостовые <емы инверторов,
имеющие жесткую характеристику во всем диапазоне регулирования, габариты кото-
рых в ряде случаев меньше габаритов одномостовой х-мы или равнимы < ними.
Перспективные схемы инверторов предполагают использование полностью
управляемых вен гилей, которые открываются при подаче управляющих импульсов и
закрываются при их снятии, что позволяет избавиться от коммутируемых емкостей
и ’ущсственно снизить массогабаритные характеристики инвертора
Схемы ГЭУ Структурные схемы ГЭУ с АИН и асинхронным короткозам-
кнутым ТЭД приведены па рис. 8.3,4.
В качестве источника электроэнергии использована аккумуляторная батарея
ЛЬ. Схема управления построена по принципу подчиненного регулирования В схе-
мах используются обратные связи по частоте вращения (рис. 8.3.4, ау или по току и
напряжению (рис. 8.3.4, б). В схеме, приведенной на рис. 8.3.4,а, значение заданной
постом управления ПУ частоты вращения сравнивается с истинным, полу иным от
тахогенератора ТГ и преобразованным в блоке /. Разность сигнал *> усиливается бло-
ком 2, сигнал выхода которого сравнивается с истинным значсни м тска в узле 3.
Ограничение тока по среднему значению производится в блоке 4 с г лейной характе-
ристикой. Точная частота обеспечивается второй цепью, в которой с помощью нели-
нейного преобразователя 5, блока аналогоцифрового прообразов .г ля ’ и сигнала по
истинной частоте вращения производится сложение частот ротора и скольжения
Сигналы обоих каналов складываются в суммирующем уенлитег? г которого по-
дается сигнал в схему управления тиристорами инвертора 8.
На рис. 8.3,5 приведена структурная схема ГЭУ с АНТ и асинхронным ГЭД с
фазным ротором | 37) В качестве источника электроэнергии, как и в схеме с АИН,
используется аккумуляторная батарея. Ротор ГЭД подключен к аккумуляторной ба-
тарее через НВ и сглаживающий дроссель. В ГЭУ использована схема асинхронно-вен-
тильного каскада, только вместо зависимого инвертора в цепи ротора применен ши-
ротпо импульсный регулятор, что снизило потребляемую реактивную мощность и
упростило условия взаимосвязанной работы управляемой и ягуправля мой ipynn
вентилей в роторной цепи
Противо ЭДС в цени ротора регулируется с помощью ШИР, а энергия скольже-
ния отдастся в аккумуляторную батарею. Использование в качестве противо-ЭДС
напряжения батареи обеспечивает глубокое регулирование при заданном токе вплоть
до режима стоянки. Такая схема ГЭУ при стабилизированном выходе АИ позволяет
осуществить отбор мощности на суповые потребители переменного тока. Управление
ГЭУ также строится на принципе подчиненного регулирования.
В ГЭУ с синхронным ГЭД могут быть испочьзонзны инверторы как с принуди-
тельной (АИ), так и с естественной (ЗП) коммутацией, обеспечивающие те или иные
схемы вентильною ГЭД.
В первом случае коммутация тока в фазах ГЭД обеспечивается с помешаю
Устройств принудительной коммутации тиристоров инвертора, поэтому синхронный
2 1
с
I
S
о
s
о
СХ
X
а
Рис. 8.3.4. Структурные схемы управления ГЭУ постоянно-пере- Рис. 8.3.6. Схема ГЭУ с вентильным ГЭД
мевного тока с оСратаой связью по частоте вращения (с) и зя _ завис„мый mBe 0 (коммута
по току и напряжению (б) 10р) . Бф _ блок фори11рования импуль.
сов; ДП — датчик положения ротора:
ВД — вентильный двигатель.
272
ГЭД может работать в режимах, близких к режиму поддержания коэффициента
мощности равным единице (COS ф = 1) во всем диапазоне измен^ ча^то^Х
ллЯ, что позволяет снизить его массогабаритные показатели враще
Во втором случае для коммутации тиристоров инвертора используется ЭДС
синхронного ГЭД, что приводит к необходимости его работы в режимах с опережа-
ющим коэффициентом мощности (COS ф = 0,9-г 0,95) во всем диапазоне изменения
частоты вращения и соответствующему увеличению ею габаритов. Масса и габариты
ЗИ в этом случае существенно уменьшаются, и упрощается его силовая схема. При-
менение ЗИ позволяет также более просто и без использования дополнительных эле-
ментов осуществлять режимы торможения ГЭД противовключением и динамическо-
го торможения. В ряде случаев такие схемы вентильного ГЭД, особенно при исполь-
зовании погружных ГЭД, предпочтительны.
На рис, 8,3.6 приводится структурная схема ГЭУ вентильным ГЭД, построен-
ным на базе зависимого инвертора тока с естественной коммутацией тиристоров от
ЭДС двигателя с помощью датчика положения ротора. Регулирование напряжения
обеспечивается с помощью широтно-импульсного регулятора.
§ 8.4. ГЭУ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
8.4.1. Классификация. Современные и перспективные ГЭУ переменного тока по
способу регулирования частоты вращения ГЭД можно разделить на следующие ос-
новные типы:
1) с потерей энергии прямо пропорционально скольжению;
2) с постоянными потерями энергии скольжения (или с постоянным относи-
тельным скольжением) ;
3) с реализацией энергии скольжения.
В ГЭУ первого типа применяются асинхронные ГЭД регулирование частоты
вращения которых может осуществляться изменением питающего напряжения, вве-
дением сопротивлений в роторную цепь, поворотом статора, полюсно-амплитудной
модуляцией, а также комбинацией этих способов. В таких ГЭУ достаточно просто
обеспечивается отбор мощности на судовые нужды, мощность ГЭД ввиду низкой
экономичности регулирования ограничивается единицами мегаватт.
В ГЭУ второго типа используется наиболее экономичный способ регулирования
синхронных и асинхронных ГЭД изменением частоты питающего напряжения или пе-
реключением полюсов. К таким ГЭУ относятся также системы с использованием
ВРШ, в которых частота вращения ГЭД неизменна. Такие ГЭУ создаются на большие
мощности. Отбор мощности достигается с помощью ВРШ или статических преобразо-
вателей частоты (СПЧ). Использование СПЧ обеспечивает также высокие динамичес-
кие и регулировочные характеристики систем, сравнимые с аналогичными характе-
ристиками ГЭУ постоянного тока.
В ГЭУ третьего типа предусматривается использование асинхронно-вентильных
каскадов или машин переменного тока наиболее общего типа - асинхронизирован-
ных синхронных машин с СПЧ в их роторных цепях. Этот тип ГЭУ обеспечивает от-
бор мощности на судовые нужды при существенно меньшей мощности и высокой
экономичности СПЧ. Повышенная надежность ГЭУ заключается в том, что СПЧ
включаются не в главный тракт передачи электроэнергии, а в роторные цепи и выход
их из строя не приводит к потере хода. Мощность таких ГЭ) не ограничена, динами-
ческие качества несколько хуже, чем у ГЭУ второго типа.
Известны ГЭУ, являющиеся комбинацией ГЭУ первого и второго типов, в к^°'
рых регулирование частоты вращения асинхронного короткозамкнутого ГЭД обес-
печивается от полной частоты вращения до половинной частотным способом, а ни-
же - изменением напряжения (см. гл. 4).
Далее будут рассмотрены принципы построения, характерные особенности и
элементная база перспективных ГЭУ указанных типов.
8-4.2. ГЭУ с регулируемым напряжением. Схемы регу пят о р о в нап-
ряжения. Одним из перспективных направлений при создании ГЭУ первого типа
с единой электростанцией является использование в ней асинхронных короткозам
кнутых ГЭД регулируемых изменением напряжения питания с помощью тиристорных
273
Т1
f/SZ 77
Т2
'Д2
типов СТЭ.
Рис. 8.4Л. Схемы основных
Обоих Обычно применяют СТЭ с встречно-па-
первом прио 8.4.1, а в. Наиболее распространенные схе-
СТЭ пРивеЯ^Ы„Рисгоров <РИС- 8-4’ ’ мутаторов) показаны на рис. 8.4.2.
включени --------„лглппв (ИЛИ )и^еняются ТОЛЬКО ДЛЯ коммутации
- - коммутация каждой фазы осуществляется
‘ ,,uu" Во второй из них ком j напряжение на тиристоре прак-
тре.хфазной нагрУ исТорНым элем^я°“жность работы схемы. Схема, представлен-
несимметричным Р едичивает надеж! Р ом тиристоров, однако ис-
тически Равно нулю, птпичается миним^нь^ ко^
(ток /ср равен 0,67 5/н вместо
регуляторов или коммутаторов Нап
ряжения (амплитудное или Им'
пульсное регулирование).
При коммутации переменного
тока обычными тиристорами дажев
однофазной цепи приходится При.
менять не менее двух вентилей.
Комбинацию из УВ и НВ, обладаю'
щую одинаковыми свойствами в
ммеггичным тиристорным элементом (СТЭ),
эквивалентна симметричному тиристору. Основ-
„як в первом .......... Я 4 1 a-в Обычно применяют СТЭ с встречно-па-
так как в пер на рис- 8.4-1, Наиболее распространенные схе-
^ы^вкХнисм тиристоров (р№_^MjnaTopoB) показаны на рнс. 8.4.2.
пеней таких регуляторов^ меняются только для коммутации
Схемы, приведенные на рис. » - ....
трехфазной нагрузки. — -
/ееимметрнчнымториеторны^
тически равно юлю, чт У и
ная на рис. 8.4-2. г. в
пользование их по току хуже,
0,45/„)• от(Л включенные в каждую фазу, отключаются неодно-
Во всех схемах эле^“’ ИСХОДИт не в момент снятия управляющего
временно, так как закрытие вен че нулъ. Наибольшая задержка состав-
сигнала, а при прохождении анодноточность отработки командных сигна-
пяет полпериода. Если необходима высокая дставленной на
лов, такая задержка коХ^я всех фаз с помощью одного венти-
рис. 8.4.2. а. является №Uiero устройства. Однако для его закрытия не-
уяройс™-ке пок~
mP"tae« ГЭД в ГЭУ с регулируемым напряжением осуществляется переключени-
ем дву^фаз, что требует добавления двух СТЭ в схемах, приведенных на рис. S 4.2,
а б (см. рис. 8.4.2, е), или контакторов - в схеме, показанной на рис. 8.4.2, в.
С целью предотвращения междуфазового короткого замыкания при бескон-
тактном реверсе вводится выдержка времени, необходимая для полного закрытия
отключаемых вентилей. Так как еще большая выдержка необходима для пред-
отвращения ударных токов и моментов, это обстоятельство не является недостатком
схем бесконтактного реверса.
Рис. 8.4.2. Схемы
коммутаторов.
главных цепей
трехфазных тиристорных
274
Рис. 8.4.3. Структурные схемы управления ГЭУ переменного тока с тиристорными
коммутаторами: а — с контактным реверсом; б — с бесконтактным реверсом.
С точки зрения гармонического состава тока ГЭД наиболее перспективны схе
мы, показанные на рис. 8.4.2, а, е. Подробный анализ схем коммутаторов приведен
в [60].
Схемы ГЭУ. Структурные схемы управления асинхронным ГЭД в рас 'мат-
риваемых ГЭУ приведены на рис. 8,4.3. Сигнал разности между заданным значением
напряжения, поступающим с поста управления ПУ, и истинным, полученным с датчика
напряжения, подается на регулятор частоты вращения 1. Угол открытия тиристоров
контролируется регулятором тока 2. В схеме с контактным реверсом 'рис. 8.4.3, а)
переключение реверсора осуществляется непосредственно по сигналу от ПУ, а в схе-
ме с бесконтактным реверсом (рис. 8.4.3, б) — через блок управления 5, который
выдает сигналы на блоки формирования импульсов 3 или 4 по сигналу от ПУ. Полу-
чение механических характеристик погружных ГЭД, обеспечивающих необходимую
стабилизацию частоты вращения при изменении скольжения, осуществляется с по-
мощью обратных связей по току и напряжению. В обычных непогружных ГЭД воз-
можно использование обратной связи по частоте вращения. В таких ГЭУ применяют-
ся асинхронные короткозамкнутые ГЭД со специальной конструкцией ротора (гпу-
бокопазный ротор, ротор со специальными ферромагнитными стержнями или дис-
ками, массивный и двухслойный ротор), активное сопротивление которых имеет
определенную зависимость от скольжения, а также специальные конструкции ГЭД,
предусматривающие прямое или косвенное водяное охлаждение ротора (см. гл. 4).
Эти мероприятия позволяют более экономично перераспределять потери скольжения
в роторе и статоре, а также осуществлять (особенно в погружных и воздухоохлажда-
емых ГЭД) интенсивный отвод тепла из машины.
Схемы с контактным реверсом по типу приведенной на рис. 8.4.3, а применяют-
ся в ГЭУ небольшой мощности (десятки—сотни киловатт). В более мощных и ма-
невренных ГЭУ используются схемы с бесконтактным реверсом, аналогичные приве-
денной на рис, 8,4.2, б.
Регулирование напряжения питания в ГЭУ большой мощности возможно с по-
мощью сдвоенных генераторов по типу показанных на рис. 8.2.5, а. В качестве ГЭД
могут использоваться полюсопереключаемые (контактным или бесконтактным спо-
собом) короткозамкнутые ГЭД, асинхронные с поворотным статором или с фазным
Ротором, для которых применение такого способа регулирования позволяет значи-
тельно снизить установленную мощность сопротивлений или других регуляторов,
включаемых в роторную цепь при комбинированном способе регулирования,
8.4.3. ГЭУ с СПЧ в статорной цепи. Особенности структур преобразователей час-
тоты. При использовании СПЧ структурная схема ГЭУ второго типа включает в се-
бя генератор переменного тока, работающий с постоянной частотой вращения, СПЧ и
ГЭД. Перспективным является
й короткозамкнуты
енкхрок®’ № и „вверторы. раздоляютея на ,р„
'виду «язи “Х^ийьяо раэл^ ™„ве₽ТОрныс СПЧ);
_ с промеж>™®““ 3 ^Я1ЫО (виклояон^р Р пв'ов1ПСЯ дау^тное преобраэо-
- С вепосредственн янного тока (ПЧ U ^оМоЩЫ0 нВ или УВ и последующее
в СПЧ со звено* " е переменного тока п частотЫ с помощью инвертора.
ванйе энергии: вь1Щ>Я еннъ1ЙТ0К Р^иру^ 8>4,4. Принципы построения
его преобразование в п пчТ приведен Р g J ИнверТор может быть как
Варианты структу^*х'особенности рассмотр могут работать независимо
схем инвертор» Выпрямитель коммутацией, поэтому
автономным, естеСтвенноЙ, либ Дены всеми тремя классами. Перепек-
ПЧТ по X коммутации могут коммутирующими конденсаторами.
SJo Х^зование ““^ЧТявняХ щ ^„„х критериев при оцснке
Установл-нная мощность
варианта. а им является независимость выходного напряжения от
Дктоииявом ПЧТ с АИН тляетс обусловливает предпочтительное истопи-
шпДки и ее коэффициента < „ „ри питании группы ГЭД Регулирова-
таких ПЧТ в Р-м>Хи иХХакин УВ (рис. 8.4.4 а г. О). так и в схе-
Ие напряжения возможно."В" 8 4А,„ля ШИМ (рис. 8.4.4, в).
махедаприисвользоваюшШИРцри выпрямпснном напряжении применяется
Для устранения влияния ^гмои с об тным выпрямителем ОВ
ТС4Н»ТР “S“XS "«цности нагрузки. Схема с НВ и ШИР
используется для К0МЛеНС^ фХтра. Достоинствами схемы с НВ и ШИМ являют-
позволяет уменьшить габариты фильр о.гНоСИТельНо простая силовая схема
ся наименьшая установленная мощность нв и
ШИР
Рис. 8.4.4. Структурные схемы
ПЧТ.
276
ПЧТ и более высокий коэффициент мощности Onwaw»
режима I ТУ приводит к значительному усложению схем ,еративНОГО
необратимого звена выпрямителя энергия рекуперации долХ тас1ёив^ ГТ*
лестном сопротивлении г б, автоматически включаемом в режимах В
верса ГЭД (рис. 8.4 4 г) иди рекуперироваться косвенным ZeM X
приведенной на рис. 8.4.4, ,) для этого используется зависимый^нвертор ЗИ вк^ю
ценный в судовую сеть через трансформатор с целью исключения сквозной гюшвХ
чсской связи с сетью и контура для уравнительных токов через все вентильные
группы. Для уменьшения прямой передачи энерши от УВ к ЗИ необходимо сохпа-
нять „подпор’ напряжения со стороны обратного выпрямителя ОВ, чтобы его вы-
ходное напряжение превышало напряжение на выходе УВ. Система управления таких
ПЧТ сложна.
Недостатками ПЧГ с АИН являются: большая установленная мощность, сущест-
венные масса и габариты конденсаторов фильтра на входе; необходимость введения
дополнительного ведомого инвертора, включенного встречно-параллельно выпрями-
телю для рекуперации энергии; большое количество силовых диодов и тиристоров
особенно при наличии ЗИ и ряд других.
I с АИ1 (с отделенными от нагрузки конденсаторами» с сильной обратной
связью по току практически свободны от указанных недостатков, что делает ревер-
сивный частотно-управляемый привод переменного тока соизмеримым по стоимости,
габаритам и массе с реверсивным приводом постоянного тока при лучших динами-
ческих качествах первого.
Регулирование тока на входе АИТ обеспечивается с помощью УВ, охваченного
сильной отрицательной обратной связью по току. Однако принципиальная необходи-
мость регулирования напряжения на выходе АИТ или тока на его входе в функции
полного сопротивления и коэффициента мощности ГЭД предопределяет преиму-
щественное применение таких ПЧТ в единичных реверсивных электроприводах, ра-
ботающих в напряженном повторно-кратковременном режиме, например в ГЭУ ле-
доколов.
Предпочтительность работы АИТ на нагрузку с опережающим коэффициентом
мощности делает его наиболее пригодным для использования в качестве инвертора с
естественной коммутацией, например в схемах вентильных. ГЭД.
К недостаткам ПЧТ с АИТ относятся возможные перенапряжения на выходе, что
заставляет увеличивать время коммутации тиристоров, ограничивая максимальное
значение частоты на выходе АИТ (50-100 Гц) и вынуждает применять схемные ре-
шения, обеспечивающие отдачу в сеть накопленной в ГЭД реактивной энергии, в ре-
зультате чего усложняются силовая схема и управление. Кроме того, потери в ГЭД от
высших гармоник существенно больше, чем при питании от АИН (примерно в два
раза).
Основным недостатком всех типов ПЧТ является двукратное преобразование
энергии и связанное с этим увеличение массогабаритных характеристик при относи-
тельно низком КПД. Главное достоинство ПЧТ — возможность получения на выходе
практически любой изменяемой в широких пределах частоты независимо от значения
входной частоты.
Преобразователи частоты с непосредственной связью (НПЧ) основаны на прео
разовании переменного тока стабильной частоты в переменный ток регулируемой
частоты без промежуточных преобразований и строятся на базе реверсивных УВ.
В них процессы выпрямления и преобразования совмещены в одном устройстве, что
обусловливает однократное преобразование энергии и высокое значение Д при
меньших массогабаритных показателях.
Форма напряжения на выходе НЦЧ зависит от числа фаз т, тактов выпрямлен
(выпрямительных полуволн) я, числа фаз сети (на входе) , частоты выходно
пряжения/2, закона изменения во времени угла включения ™ри^оров и ряда дру-
гих факторов. При определенном алгоритме управления о еспечив с
кость свободного обмена реактивной энергией между нагрузкой и сетью и передачи
активной энергии рекуперации в сеть. бопь-
Недостатками НПЧ являются: низкий коэффициент мощ с • ’’ ав_
Кюй процент высших гармоник в выходном напряжении, °
пения и ограниченность максимального значения выходно часто
277
При отсутствии паузы между полупериодами низкой частоты (меж
ем и открытием вентилей) связь между входной/, и выходной/, ча la*Pi.tTu
жается соотношением ОТаМи п, у*'
‘’Ра-
>"2(л
При наличии паузы длительностью
= 7Г|2(л-1) +т,| +
тока и напряжения. Так, для трсх-
- ' - , а Лт = 0,6 /,, для
1 » ПОСКОЛЬ-
мая частота на выходе НПЧ /2тах доп всегда ниже вход-
Максимально допустимая чао _ / ) и устанавливается из ус-
ной (и теоретически возможной при «ГПД Д, . - 2-Т---------- У"
ловий обеспечения требуемого ка = (025 , о33) f
фазной нулевой схемы при W, 7 2mdW“(0,33 0,5)/,, а/2т
трехфазной мостовой при m -6 /2щаХдоп
ку в реальных НПЧл^п • выходе частоту /а =50 Гц, следует либо повы-
Таким образом, либо увсличить чисЛО фаз ш, до 24, что целссо-
Т '“TL”™ ГЭУ а при относительно малых мощностях может привести к
техХо-зкономячссккх показателей к сокращению преимуществ НПЧ.
пТвибопе силовой схемы необходимо учитывать номинальную и динамичес-
кую мощность ГЭД,отношение /,//,, требования к форме выходного напряжения
И тока, влиянию НПЧ на судовую сеть, массе, габаритам, надежности. Одна из важ-
нейших задач при проектировании НПЧ заключается в правильном определении
загрузки злементов, в первую очередь тиристоров,характер которой в большой сте-
пени зависит от принятого алгоритма управления вентилями. 1ак, НПЧ с синусои-
дальным выходным напряжением по загрузке тиристоров во всех случаях превосхо-
дят НПЧ с прямоуюльным и ступенчатым выходным напряжением.
я)
Рис. К.4.5 ( хсмы НПЧ- трехфазиыс
вая (я) и мостовая (г).
27 В
цчриаинл схем НПЧ приведены на рис. 8.4.5.
11ро( гейшие < кемы трехфазных НПЧ (рис 8Д.5, а> содержат 18 тиристоров, объ-
сДинсИ1п.«х н ш« зь групп, „ключ, иных попарно встречно-параллельно. Достоинством
хсмн яиляеня отио<итслы«> малое число тиристоров и возможность включения
нагрузки н грехфа-зную iруину без применения мно.ообмоточно! о трансформатора
К н достаткам схемы относится больше-содержали-- высших гармоник в выходном
напряжении, что может потребовать установки ст наживающих фильтров. Кроме того,
кривая выходного тока содержит субгармоники, ча тоты которых определяются
.и -тотой и формой выходною напряжения Они дополнительно загружают судовую
сеть, а при наличии входного трансформатора ув личивают его установленную мощ-
ность. При совместном управлении группами тиристоров требуется установка до-
шлых уравнительных реакторов. 1акие НПЧ применяются иа малые мощ-
ности (десятки киловатт)
иболее распространенными являются НПЧ с трехфа днями мостовыми схема-
ми (рис. 8 4.5, б, г), минимальное число тиристоров в которых раино 36. Амплитуда
пульсаций выходного напряжения в таких схемах уменьшается вдвое по сравнению с
нул ьтми схемами при одновременном увеличении вдвое частоты пульсации, что
зна ге но упрощает фильтрацию и при работе на ГЭД в большинстве случаев поз-
ходиться без сглаживающих фильтров.
Уменьшение влияния НПЧ на судовую сеть обеспечивается, как и в выпрями-
тельных схемах, увеличением числа фаз, например < изданием определенною фазово-
о зига между трехфазными входными системами с помощью отдельных или сле-
пых многообмоточных трансформаторов (или генераторов? с несколькими
трехфазными обмотками.
Применение нескольких (например, трех) трансформаторов позволяет свести к
минимуму влияние коммутационных процессов в одних фазах НПЧ на процессы в
других фазах, но приводит к заметному увеличению установленной мощности (более
30%).
Значительными достоинствами обладает схема с трансформатором имеющим
Шесть вторичных обмоток по числу мостов силовой схемы. Она позволяет в четыре
раза уменьшить уравнительные токи по сравнению со схемой, содержащей трансфор-
матор, имеющий одну вторичную обмотку. Некоторое усложнение конструкции и
увеличение установленной мощности трансформатора в значительной степени ком-
пенсируется уменьшением мощности ограничивающих реакторов.
Для получения многофазных систем с коэффициентом трансформации кг -1 це-
лесообразно использовать отдельные фазосмещающие трансформаторы по схемам
кольцевого зигзага или „вилочной”. Мощность таких трансформаторов определяет-
ся напряжением на смещающих обмотках и силой тока, проходящего через них. Для
обеспечения двенадцатифазной схемы мощность таких трансформаторов не должна
превышать 20% мощности НПЧ. Включение на входе первой и третьей фаз трехфаз-
ного мостового НПЧ фазосмещающих трансформаторов с углами сдвига • 20 .град
позволяет перевести его в эквивалентный (в отношении искажений питающего нап-
ряжения) восемнадцатифазный режим.
В ГЭУ сравнительно небольшой мощности (сотни киловатт) могут применяться
трехфазные мостовые НПЧ.
При больших мощностях целесообразно использовать НПЧ, выполн иные по эк-
вивалентным многофазным схемам на входе и выходе, особенно когда единичная
мощность вентиля оказывается недостаточной для создания схем с минимальным
числом параллельно и последовательно включенных элементов.
На рис. 8.4.6 приведены схемы включения НПЧ, выполненного по эквивалент-
ной двенадцати фазной схеме, на трехфазный (рис. 8.4.6, а) или двенадцатифазны
(рис. 8.4.6, б) ГЭД в ГЭУ с единой электростанцией.
При высоком входном напряжении целесообразно применение
*°Щих трансформаторов, исключающих последовательное соединение вен-
тилей.
При использовании схемы, приведенной на рис. 8.4.6, *
Ных искажений кривой потребляемого тока снижается до 17-201. Фазовый сдвиг
обмотки ГЭД на 30 эл. град позволяет снизить модуляцию основной гармоники пер-
вичного тока более чем в два раза и повысить вдвое частоту модуляции.
Риг 8 4 6 Трансформаторные двенадцатифазные мостовые схемы НПЧ
С одной (<0 и двумя (Я трехфазными обмотками ГЭД. 1
При дальнейшем увеличении мощности ГЭУ вместо каждого из мостов в с
мах, показанных на рис. 8.4.6, целесообразно применять два трехфазных моста с п*
очередным управлением или схему, приведенную на рис. 8.4.7, что значитель°
улучшает энергетические характеристики на входе НПЧ. Применение двенадцатифаз*
ного ГЭД значительно повышает надежность работы ГЭУ, так как при отключени
нескольких фаз ГЭД продолжает работать с пониженной мощностью. В таком ГЭП
отсутствуют паразитные моменты от 5-й и 7-й гармоник, вызывающие наибольшие
трудности при фильтрации (а также от гармоник, кратных трем), что улучшает
механические характеристики и уменьшает электромагнитные шумы Для этих ГЭД
могут быть также снижены требования к форме кривой выходного напряжения что
упрощает схему управления и повышает коэффициент мощности. Минимальное
5)
Рис. 8.4.8. Бестрансформаториые двенадцатафаэные схемы преобразования в ГЭУ
со сдвоенным генератором и сдвоенным (а) или многообмоточным (о) Д-
км сохраняется рабо^особность ГЭЛ, равиотрем. прв
®“°Ф“’5’пХмляи25%номнналаноП^ нис эксплуатацио„ных хар
мощность ГЭД горных схемах I ЭУ У У и гэд с двумя комплектами
В можно обеспечить вь полне”ВС^0 эЛ. град (рис. 8.4.8, а) .или с шестью об-
STm и ОД и "““^Х^нноТкомм^ацпей откосятся:
К достоинствам НПЧ
- простота силовой частиI, тройств;
- отсутствие коммутируют*' J ^ронкего обмена энергии с любым коэф.
- возможность осуществления^Специальных компенсирующих устройств-
фициентом мощности без "Ри* я ваНиЯ амплитуды и частоты выходного нап-
- возможность отавного соотношении частоты и напряжения на
ряжения (начиная с нуля) Р
ВХ°Д-получение близкой к синусоидальной форме выходног ока с помощью
сравнительно недостатков, присущих НПЧ с естествен-
Некоторые вз "^Существенны для ГЭУ. Так, потребление значительной
ной коммутацией » > скомпенсировано применением конденсаторов.
вн^ой частоты также не накладывает особых ог-
иа выбор структуры ГЭУ большой мощности, поскольку в них приме-
nZS отзкооборотные ГЭД которые для снижения массогабаритных показателей
и повышения энергетических характеристик целесообразно проектировать на по-
ниженную частоту. Применение же в мощных ГЭУ с единой электростанцией мно-
гофазных трансформаторных схем (например, двадцатичетырехфазных) позволит
уравнять частоты на входе и выходе.
В автономных ГЭУ могут быть использованы генераторы повышенной нестан-
дартной частоты (от 100 Гц и выше). Применение, например, высокооборотных
малогабаритных генераторных агрегатов на 400 Гц, двенадцатифазных НПЧ и ГЭД
на 50 Гц обеспечивает искажение формы кривой напряжения не более чем на 6%. \
Возможно использование совмещенных генераторов с двумя магнитно не связан-
ными обмотками, обеспечивающими, например, питание судовой сети частотой
400 Гц и подачу на вход НПЧ частоты 100-200 Гц при соотношении мощностей
ГЭД и судовых потребителей (8 + 10) :1.
Расширение диапазона выходных частот может быть получено в НПЧ, снабжен-
ных узлами принудительной коммутации тока, частота модуляции которых выше
или ниже входной частоты, т. е. в НПЧ с промежуточным звеном переменного тока.
Существует большое число схемных решений.таких НПЧ. Максимальное значение
выходно частоты в них ограничивается лишь частотными свойствами тиристоров-
есмотря на довольно хорошие электрические и особенно энергетические показа-
тели, эти ПЧ пока не получили промышленного применения из-за значительной
ИХ СХе^пГт° Р®"161*101- Пока еЩе установленная мощность их в 2,5 -3 ра-
ПЧТ о-*-ип^М У ПЧ С естественной коммутацией и в 1,3-1,5 раза больше, чем у
тельнп vnnrv-rJ^’ 470 внедрение полностью управляемых вентилей позволит значи-
С xTTJ Схемы И <Я"ЯПЬ “““огабаритные показатели.
мощности и составаУэУ ° В зависимости от типа и назначения судна,
ристикам и пяла nnvru ’ f & 1аний* пРедъявляемых к их маневренным характе-
могут npiименятьсяРп™* обсгоятельсгв в схемах ГЭУ с СПЧ в статорной цепи ГЭД
меиного тока. Некотпти™4^1* ВСе типы пРе°бразователей частоты и ГЭД пере-
рис. 8.4 9. варианты принципиальных схем таких ГЭУ приведены на
Автономные ГЭУ прг>риОЦ11л,„
ностях, потребных пля nnu^ 010 Т0Ка °®Ь1ЧН° используются при больших моШ-
ГЭД с нестандартными папямНИЯ Судна’ ® НИх возможно применение генераторов и
нем случае могут применят^ особенно если используются НПЧ. в послед-
ры с частотой тока более 50 ВЫСОКооб°ротные двухобмоточные турбогенерато-
иа частоту 15-25 Гц. В так™ rw синхРОННЬ1е двухобмоточные ГЭД, рассчитанные
ких от одного генеоатппа „ МОЖНо обеспечить питание и управление не^коль-
Р р при использовании дросселей во всех НПЧ. Один из
ZoZ
Рис. 8.4.9. Принципиальные схемы ГЭУ переменного тока со стати-
ческими преобразователями частоты: а - с двенадцатифазными
НПЧ; б — двухвальные малой мощности с ПЧТ (с общим выпрями-
телем и индивидуальными АИН) и асинхронными короткозамкну-
тыми ГЭД; в — с ПЧТ и переключением ГЭД на питание от аккуму-
ляторной батареи; г — с СПЧ малой мощности; д — с вентильным
ГЭД и НПЧ.
В — выпрямительное звено ПЧТ; И — инверторное звено ПЧТ.
вариантов указанных схем ГЭУ приведен на рис. 8.4.9, а. Генераторы и ГЭД имеют по
две статорные обмотки, сдвинутые на 30 эл. град, что обеспечивает эквивалентную
д енадцатифазную схему. В принципе по аналогичным схемам могут строиться ГЭУ с
различным количеством генераторов, приводимых отдельными первичными двигате-
лями или объединенных на валу одной турбины, а также с различным количеством
ГЭД. Отбор мощности может осуществляться с помощью, например, трехобмоточно-
го трансформатора (показан штриховыми линиями), а также с применением 1141
или элекгромашинного преобразователя, как в ГЭУ переменно-постоянного тока с
единой электростанцией (см. рис. 8.2.4, л, м, н).
При использовании НПЧ и синхронного ГЭД могут быть обеспечены минималь-
ные габариты ГЭУ в целом, особенно при работе ГЭД с COS р = 1. Однако в этом слу-
чае при относительном сопротивлении коммутации ~10% COS «р генератора не превы-
сит значения 0,78
В схемах с ПЧТ может быть обеспечена работа генераторов с повышенным
COS р, но COS р ГЭД будет ниже, чем в схемах с НПЧ.
Увеличение сверхпереходных индуктивностей синхронных ГЭД (при повыше-
нии линейной токовой нагрузки для снижения момента инерции ГЭД) благоприятно
отражается на форме тока ГЭД при питании от НПЧ и позволяет уменьшить бариты
сглаживающих дросселей. В схемах с ПЧТ это приводит к значительному снижению
cos р ГЭД вследствие возрастания угла коммутации.
Снижение частоты тока ГЭД для уменьшения его диаметра в схеме с НПЧ при-
водит к улучшению формы тока ГЭД, а в схеме с ПЧТ — к возрастанию пульсаций в
Цепи выпрямленного тока, что требует увеличения индуктивности сглаживающего
Дросселя. Однако схемы с ПЧТ лучше защищены от коротких замыканий и позволя-
ют использовать генераторы и ГЭД стандартной частоты 50 Гц. При выходе 1141 из
строя в этом случае возможно прямое включение ГЭД на генератор, обеспечивающее
полный ход судна. В мощных автономных ГЭУ в качестве ПЧТ целесообразно ис-
пользовать схемы с АИТ. „апш
Синхронные ГЭД с СПЧ могут выполняться также по схемам вентилыюйi маши
«ы (рис. 8.4.9, г). В таких схемах могут использоваться СПЧ с естественной комму
тацией (как ПЧТ, так и НПЧ), осуществляемой датчиком nonox®“,“)^^LocaMH и
мах с ПЧТ можно применять ГЭД с коммутируемыми дополнительными полю
283
Управления
284
мв фаз» и,
Р„^оЯ<*и°"о"%мн мосты »““*“„««> осуществлять пусковые р"“'1е«'
«Г“сГОрО’4и ее™ В АИТ' ’ СХСМ“Х с НПч"Й“
«ый к генератор.' * нудигельной комМУ обеспечивается изменением н 4 Иэ.
Й безУ^а^№<в ГЭЛ^оян„ого тока. Воамоадо ^авр,
менение частоты вр {Я> как У ‘регулированием угла инвепти П°*
или потока,номиналу с пчт> д,1Я некоторХ р°Ва'
вышение частоты Р да0.эдс иНВСр^КрОванные схемы ГЭУ, предуСма*]??Ов
лия (изменением комбин V малыХ ходов. На рис. 8.4.9 Л
SXnl через СПЧ^ьво в_реостью . , „«„„лальной мощл^^-
-_дае питан рэУ> где СПЧ тНЫй реверс ГЭД в диапазоне 0—$по/
регулирование и ^К°астотах вращения выше 50% номинальной
Х^яой частоты «Р^^ением частоты вращения генератора при пр^
П, пирование обеспечиваете
пететеки. его на ГЭД посгр<>в1ия ГЭУ с единой электростанцией аналогу.,
Стр куры и при"® (...постоянного тока с УВ. В них также применимы мере
таковым тзяПУ^Х^уемоп, качества элексроэнергин на шинах ЭПект£
приятая по обесп ур,
с-андии, используемые в * и и тысячи киловатт) целесообразно испот.
При малых мош»о^е е гэд с короткозамкнутым ротором, уп‘
зовзтъ простые и наде Поеледние особенно предпочтительны в тех случаях
Е^^тривается питание ГЭД в аварийных режимах от статических источ-'
^^екХых°Х<УДОв' используются схемы группового управления ГЭД.
В иях предусматриваются общее выпрямительное звено, выполненное чаще всего
ш НВ и индивидуальные инверторы, подключаемые к статорам асинхронных ко-
роткозамкнутых ГЭД В качестве инверторов в таких ГЭУ целесообразно приме-
нять АИН с ШИР или ШИМ, обеспечивающие высокие регулировочные и динамичес-
кие показатели при минимальных искажениях на входе и выходе ПЧТ. Такие схе-
мы достаточно просто обеспечивают в аварийных режимах питание от статических
источников постоянного тока (см. рис. 8.4.9, б).
( истемы управления и регулирования. Включение СПЧ в
статорную цепь ГЭД позволяет осуществить эффективные пусковые режимы, раз-
личные способы торможения (противовключением, генераторное, динамическое) и
реверс ГЭД с высоким быстродействием и без переключения в силовых цепях, а
также любые статические режимы с обеспечением постоянства мощности и отсечка-
ми при заклинивании или оголении гребного винта) посредством частотного регу-
лирования по оптимальному экономическому закону.
Регулирование напряжения при изменении частоты может осуществляться как
пс цепи возбуждения генератора, так и схемой управления тиристорами СПЧ.
первый способ осуществим в автономных ГЭУ с одним ГЭД. СПЧ работает с
тгт^^1М углом Гармонический состав выходного напряжения зависит
тельное значки ошепия вх°ДНой и выходной частот и углов коммутации 7- Относи-
Ьтопой ennr ffi1CU lW гармоник практически постоянно и пренебрежимо мало-
щимися от одного Дрименяггся в автономных ГЭУ с двумя и более ГЭД, питаю-
высоким быстро,действием^’ ИЛИ ® ГЭУ С отбоРом мощности и характеризуется
крытая тиристопов и о Данном случае требуется большое изменение угла
тот же порядок что и я^ППИТУДЬ1 ВЫСШих гармоник в трехфазных схемах имеют
. При 4(к>ком пап Перво* гармоники.
«- •спечиваются лучшие УЯировании напряжения по цепи возбуждения генератор
штудировании вторым спо К^ВЫе и ЭНеРгетические характеристики ГЭД, чеМ
Установленная мошнпг™ Дм, упР01Чается схема управления.
ечению динамики ГЭУ к-л зависит от требований, предъявляемых к
доС,7°М допустимых крат^п7°РЫе ОпРоде;1Яются типом и назначением су
ленная3” КратковРеменные ₽емеНнЫх перегрузок (асинхронный ГЭД, наПраНоВ-
мкГУпМОЩНость СПЧ возпагг611,1 пеХ’ПЯТИ1<ратНЬ1е перегрузки по току)
упРавления входщ3^? П°ЭТомУ « 3aW Здания рациональной
льзование широких возможностей обесП
динамических режимов при ограничении тока. Так как СПЧ обеспечивает регулиро-
вание частоты вниз вплоть до нуля и необходимую форсировку напряжения, то,
например, асинхронный ГЭД может запускаться с наибольшим допустимым по на-
сыщению магнитным потоком. Для крупных асинхронных машин оптимальная пус-
ковая частота составляет 1-3% номинальной, однако работа ГЭД при таких часто-
тах может сопровождаться рядом нежелательных эффектов (шаговый режим, виб-
рации из-за пульсации момента). Для устранения этих явлений в ряде случаев необ-
ходимо повышать пусковую частоту.
При регулировании напряжения по второму способу для ограничения действия
высших гармоник пусковая частота должна быть ие ниже 12-20% номинальной при
соответствующем значении пускового напряжения
Процесс пуска ГЭД в рассматриваемых ГЭУ состоит из трех этапов: началь-
ный — при фиксированной частоте; второй - частотный разгон ГЭД с одновремен-
ным изменением частоты и напряжения; конечный - при постоянных значениях
частоты и напряжения. Время разгона на втором этапе получается минимальным
при использовании закона регулирования U!f - const, т, е. в режиме, близком к
критическому.
Торможение ГЭД противовключением (ТП) осуществляется при минимальной
частоте тока статора. Сигнал начала торможения прекращает подачу отпирающих
импульсов на тиристоры СПЧ, дается максимальная выдержка времени (определя-
емая временем затухания поля статора) до подачи отпирающих импульсов обрат-
ного порядка следования фаз одновременно с установкой минимального значения
ч:СТОТЫ.
Режим генераторного торможения (ГТ) осуществляется путем уменьшения
оты по определенному закону. Энергия отдается через СПЧ в сеть или на авто-
номный генератор. Значения тормозного момента ГЭД и рекуперируемой активной
мощности зависят от скорости замедления вращающегося поля ГЭД отрицатель-
ного скольжения). При медленном изменении частоты ГЭД остается в двигатель-
ном режиме в течение всего времени торможения и не рекуперирует активной
нергии. Такой режим может использоваться в автономных ГЭУ.
В ГЭУ с единой электростанцией, в которых мощность ГЭД мата по сравнению
с мощностью судовых потребителей, возможен режим „критического” ГТ, особен-
о при использовании НПЧ, как наиболее интенсивного и осуществляемого е при-
менением закона регулирования напряжения Ulf = const, как и на втором этапе
пуска.
Динамическое торможение ГЭД (ДТ) осуществляется переводом СПЧ в вы-
прямительный режим и подачей в статор ГЭД по гоянного тока. Потери энергии
при ДТ меньше, чем при ТП. Практическая безынерционность изменения постоян-
ной составляющей тока на выходе СПЧ позволяет осуществить регулирование сте-
пени возбуждения ГЭД. В замкнутых системах регулирования с обратными связя-
ми по скорости или моменту ГЭД может быть обеспечен оптимальный режим ДТ с
использованием „ударных” моментов.
С точки зрения условий работы генератора при переводе СПЧ в выпрямитель-
ный режим для НПЧ с нулевым проводом наиболее целесообразна схема, приве-
денная на рис. 8.4.10, я, а для мостовых схем НПЧ - на рис. 8.4.10, б. Первая имеет
наибольшую амплитуду по первой гармонике поля, вторая — по третьей гармонике.
В реальных условиях при ДТ углы О. составляют 60-80 эл. град, токи генера-
торов несколько превышают номинальный, поэтому напряжение генератора бу-
дет практически постоянно. При расчете механических характеристик ДТ с доста-
точной для практики точностью можно учитывать лишь постоянную составляю-
щую тока.
При переводе СПЧ в выпрямительный режим в обмотках статора ГЭД некото-
рое время сохраняется переменное напряжение, наводимое периодической состав-
ляющей тока ротора. В результате короткого замыкания обмоток статора с этим
напряжением возникает пик момента, влияющий на процесс торможения ГЭД. Про-
должительность колебаний момента определяется постоянной времени ротора, поэ-
тому в системе регулирования необходимо предусматривать элемент задержки по
Дачи управляющих импульсов. Время задержки определяется для каждого конк
ретного ГЭД.
285
S)r^.'— -
ГЭД: a - для
Рис 8 4 10 Схемы выпрямления при динамическом торможении
гис. «ли нпч с нулеВым проводом; б - для мостовых схем НПЧ.
В статических режимах частотного управления ГЭУ для регулирования частот».,
вращения ГЭД и обеспечения постоянства мощности ГЭД в номинальных режима»
может быть использован любой из известных законов оптимального регулировании
частоты и напряжения. В ГЭУ с асинхронным ГЭ предпочтительным является зя
кон поддержания неизменной относительной частоты тока ротора, обеспечивающие
постоянную статическую перегружаемость и минимальные потери ГЭД.
Требования, предъявляемые к системам управления СПЧ, и принципы постпо
ения схем достаточно подробно освещены в литературе [ 56, 58, 60]. Поэтому ниже
приводится только общая структурная схема системы управления ГЭУ с ггш
(рис. 8.4.11). 14
Принцип работы системы заключается в следующем. При пуске ГЭД от п
управления ПУ подается сигнал через блок сравнения БС в блок межгруппов^
коммутации БМК, определяющий выходную частоту СПЧ. Одновременно с эти
сигнал, соответствующий заданной частоте, поступает на входы функпипмяп, ^
преобразователей ФП1 и ФП2, на выходах которых формируются сигналы пропоп-
циональные ft (или иного выбранного закона управления в статическом режиме'» и"
{о»АДЛЯйПУСК0ВЫХ режимов)' Так как “У® ГЭД протекает при быстром изменении
в^оп7гпп/° 3адШИе УП1а Р^нрования °-, а следовательно, и напряжения на
’^2. пГув”=ГХ~"Огэп“° ВЬ,ХОДНОМУ Хз“
значения срабатывает отсечка по tokv ВЫШе определенного предельного
286
совпадения С( 2 закрыта. При реверсе необходимо создать тормозной момент ГЭД,
превышающий вращающий момент гребного винта. При постановке ПУ в положение
„стоп” тиристоры ( ПЧ закрываются. Одновременно от ПУ выдается сигнал на схему
СС'З, которая запускает блок формирования сигналов управления при торможении
БФСТ, переводящий СПЧ в выпрямительный режим. На выходе СПЧ появляется по-
стоянное напряжение, достаточное для создания тормозного момента ГЭД. При оста-
новке ГЭД по сигналу от датчика минимальной скорост и ДМС дается команда на от-
ключение БФСТ Дальнейший разгон ГЭД в обратную сторону происходит при пода-
че сигнала от ПУ на блок реверса по описанной выше схеме пуска.
Управление схемами совпадения СС1 и СС2 осуществляется от узла обратной
связи по току через блок гибкой обратной связи ЬГТ, причем на СС1 сигнал посту-
пает через инвертор И. Ограничение по току при пуске подается через инвертор И,
пороговый элемент ПЭ и усилитель У на блок сравнения БС. Сигнал по углу а посту-
пает непосредственно в фазосдвигающее устройство ФС'У и оттуда через пересчетное
кольцо ПК в блок БМК.
Сигналы с блока БМК и ПУ через блок режимов БР подаются в блок формиро-
вания импульсов БФУ для управления тиристоров СПЧ
8.4.4. ГЭУ с СПЧ в цепи ротора. Особенности структур ГЭУ В об-
щем случае СПЧ могут быть включены в роторные цепи и генератора, и 13Д, ста-
торные обмотки которых соединяются без промежуточных преобразующих частоту
элементов, как в обычных ГЭУ переменного тока без преобразователей частоты.
В них используются схемы асинхронно-вентильных каскадов, а также асинхронизи-
рованных синхронных машин с трехфазными или однофазными, но расположенными
од углом 60 или 90 эл. град роторными обмотками (рис. 8.4.12).
Каскадные соединения асинхронных машин с фазным ротором развивались до
ум направлениям: дискретное регулирование частоты вращения (мн ’ократные
са кады) и плавное регулирование с реализацией энергией скольжения однократ
е машинно-вентильные каскады).
В многократных каскадах (рис. 8.4.13) число синхронных частот вращения за-
висит от количества последовательно включенных машин и способа коммутирования
их статорных обмоток. Например, двукратный каскад, представляющий собой два
инхронных двигателя, сидящие на одном валу, с соединенными обмотками рото-
ров (рис. 8 4.13, а) или обмотками ротора одного и статора другого двигателя
(рис. 8.4.13, б) при неодинаковых числах полюсов р, и р2 позволяет получить пять
синхронных частот вращения:
60/ _ 60/ _ 60/ _60/ _ 6(У
П2~2(р. + р2У "3~ Р1+2р2 ; Р, "5 Рг
(л, при закорачивании статора второго двигателя, п2 и п, при закорачивании одной
из фаз второго двигателя, л4 и ns при отключении статоров первого или второго дви-
гателя)
Таким образом, двукратный каскад при Р1 *р2 позволяет реализовать пять сту-
пеней частот вращения, а при Р1 -р2 ~Р четыре:
60/ 30/ _2Qf _ 15/
-----: и, =------; п3--------
При использовании плавного регулирования с утилизацией
могут быть обеспечены все промежуточные частоты вра
щения.
Рис. 8.4.12. Структурная схема ГЭУ переменного токасасинх-
ронизированными синхронными машинами в качестве гене-
ратора и ГЭД.
энергии скольжения
Однократные
шинно-вентильные „Л
кады (см. рис. 4.6.3ч
разделяются на электрц
ческие-с возвраТом
энергии скольжения в
___ гкемы двукратных (а, б) и сеть (каСКад постоянства
РИс. 3.4 13. каскадов^_____________мом™> И электрод,
„-кратных (в) асняхр иных-- ~^Г^Гвал асинхронного двигателя (Кас.
-------энергии комбинированные схемы каскадов (см
ХаЯИЧпеХянства мошНости) Известны в роторной цепи эти каскады делятся
КаД 463) По типу преобразователя энер вь1Прямление роторного напряже-
Гм—вентильные и в^^^энергии скольжения - электрическими
о^шесгвляется НВ или а Р^к0 СПЧ. позволяющие осуществлять двух.
машинами, во вторых использу _ нике и выше синхронной.
зонное регулирование частотылвращен реализованы толы*) ЭЛектри.
При включении в роторную ц как преобразовать энергию скольжения в
ческие каскады постоянства моме , электрической машины невоз-
дополнительяую механическую
можно- «мсших гармоник в роторных цепях применяют много-
Для снижения влияния в роторными обмотками, сдвинутыми на
»е™хроянь.е ГЭД с роторами’ ₽а“еРи>™м" "° °™оше-
“”?™«»™июяамТ°Хть°СПЧ в цепи ротора пропорциональна скольжению при
яаи, ™ напряжении на статоре асинхронного двигателя, хотя при вентилятор-
тон мдаекге нагоузкв мощность потерь скольжения, выделяемая в роторной цепи,
не превышает 15% номинальной. Известные способы построения каскадных схем
(сдвоенные асинхронные двигатели с поворотным статором, регулируемый транс-
форматор в роторной или статорной цепи, схема с изменением напряжения питания
статора) позволяют снизить установленную мощность СПЧ, приближая ее к макси-
мальной мощности потерь скольжения во всем диапазоне регулирования. Так, при
регулировании напряжения питания по закону t/j = 1 — s напряжение на концах рото-
ра будет изменяться по закону Ц =s (1 -s) и будет иметь максимальное значение,
равное ^2тах=0,25 при г =0,5. Следовательно, при регулировании частоты враще-
ния ГЭД в диапазоне скольжения от нуля до единицы установленная мощность СПЧ
может быть не более 0,25^ (Рд - мощность двигателя).
Снизить установленную мощность СПЧ можно также способом двухзонного
регулирования При использовании ПЧТ для осуществления такого регулирования
ПЧТ должен обладать двусторонней проводимостью, т. е. работать в зависимом
режиме, так как на его входе и выходе имеются источники ЭДС, задающие входную
и выходную частоты. Для перевода ГЭД на сверхсинхронную частоту вращения мост,
461,1 ® на рэтор, должен работать в режиме АИ, для чего необходимо обеспе-
чить принудительную коммутацию вентилей.
пользой™ Тгш двухэонное Регулирование осуществляется с помощью НПЧ. Ме-
ханических хяпй1гтрР^ДаеТ каду новые качества: обеспечивается любая форма ме-
вляется регулиоовями^ТИ1<’^ьРМИрУЮТСЯ тРсбУемЫе переходные процессы, осущест-
SmSE коэффициента мощности ГЭД т е. оказывает я возможным
иболее 06yZ слУХ Т°Ка 110’ Такая система является на-
жестко связанного по частот?™™^|РО,анного электропривода переменного тока,
ратором. В настоящее ^„ТТ5™»а"РЯЖенй” с сетью или автономным гене-
машиной двойного питания мапшклйИМСеТ установившегося названия и называется
ной или асинхронной машиной (в С синхР°ННЫм потоком, обобщенной синхрон-
телем - независимого или по от пРинПипа управления преобразова-
Совмей1 'ияьжеяию}.
получать бесконтактные каскады пю^™00™ И плавного регулирования позволяет
ге электрического каскада с rhu г,,. Г° ТИПа’ Принципиальная схема бесконтактно-
механической характеристики ппи ч ЧеННЫм в CTa?op второй машины, а также вид
люсов которого значительно Х?₽°Р°ЧеННОМ статоРе этой машины, число по-
™е чиста полюсов статора первой машины
Zoo
0 м
Рис. 8.4.14. Схема соединения асинхрон-
ных машин Д1 иД2 бесконтактного
асинхронно вентильного каскада (в) и
механические характеристики каскада
при закороченной обмотке статора ма-
шины Д2 (б).
пк — синхронная частота вращения кас-
када.
(fl - Pi I Pi - 0,2), приведены на
рис. 8.4.14. Роторы двух механически
связанных двигателей каскад,а соедине-
ны между собой напрямую (без контакт-
ных колец) с прекращением фаз, что
обеспечивает суммирование моментов
обеих машин. Статор одной из машин
Д1 (основной) питается непосредствен-
но от сети, статор другой машины Д2
(вспомогательной или возбудителя) со-
единен с сетью через СПЧ. Регулировоч-
ные свойства бесконтактного каскада
такие же, как у контактного. Синхрон-
ная частота вращения агрегата (при по-
даче в Д2 постоянного тока или, с уче-
том скольжения, при закороченной об-
мотке статора машины Д2) равна ик =
= 60//(р, + р2), а частота тока в статоре
машины Д2 при изменении скольжения определяется выражением/, =* (1 t)a
Мощности машин Д1 и Д2 распределяются пропорционально числам полюсов Для низ-
кооборотных ГЭД целесообразно выбирать значение а как можно меньшим (а =0,1 -
^-0,2).
При использовании ПЧТ и однозонном регулировании вся реактивная энергия,
необходимая для намагничивания машин Д1 нД2, потребляется со статора машины Д1
и агрегат работает с низким COS что приводит к увеличению установленной мощ-
ности источника питания, а также неудовлетворительным массогабаритным и энерге-
тическим показателям установки в целом. Применение НПЧ позволяет распреде-
лять потоки реактивной энергии между обоими статорами, обеспечивая высокие
энергетические показатели установки. Регулируя ЭДС, вводимую в ротор через НПЧ,
по амплитуде, фазе и частоте, можно получить, что в режимах максимальной загрузки
статор машины Д1 будет потреблять практически активную мощность.
При управлении частотой вращения агрегата в функции скольжения бесконтакт-
ный электрический каскад может рассматриваться как бесконтактная асинхрони-
зированная синхронная машина [ 10J.
Конструктивно бесконтактные каскады могут быть двух- и однокорпусными.
В последнем случае может быть использовано совмещение активных частей двух
машин в одной магнитной системе. Такой совмещенный агрегат может иметь раздель-
ные обмотки, магнитно не связанные, но размещаемые в одних пазах, а также единую
обмотку. Совмещенные машины иногда называются машинами с внутренним каска-
дом. Размеры активного ядра совмещенных малогабаритных ГЭД увеличиваются по
сравнению с обычными ГЭД в среднем на 35-40%. Размеры активного ядра совмещен-
ных генераторов вследствие их быстроходности увеличиваются на 25—30%. На ста-
тические и динамические режимы совмещение обмоток при ненасыщенном испол-
нении машин практического влияния не оказывает.
Схемы главного тока. Применение асинхронных каскадов в качест-
ве как генераторов, так и ГЭД, позволяет создавать достаточно экономичные си-
стемы электродвижения.
Генератор и ГЭД могут быть выполнены бесконтактными. В этом случае при
соответствующих переключениях в статоре второй машины ГЭД могут быть по-
лучены три ступени частоты вращения даже при отключенном СПЧ.
На рис. 8.4.15 приведена структурная схема ГЭУ с бесконтактными асинхро-
низированными синхронными генераторами и ГЭД, являющаяся наиболее общим
случаем ГЭУ с СПЧ в роторных цепях. Использование двухзонного поочередного
регулирования сначала генератора [ в диапазоне частот вращения ГЭД от до (О,
а затем самого ГЭД при одновременном изменении напряжения на выходе
генератора по оптимальному закону дает возможность снизить установленную мощ-
ность СПЧ генератора до 0,15Рг, а СПЧ ГЭД - до 0,2Рд. Сохранение постоянства
частоты вращения генераторного агрегата позволяет осуществить отбор мощности
289
‘ J.~~ ГЗд
Рис. 8 4 15. Схема 1 ЭУ переменного
тока v бесконтактными асинхроннзи-
рованными синхронными генератора-
ми и ГЭД.
частоты
Рис 8.4.16 Схема ГЭУ переменного
чока с преобразователем частоты
ограниченной мощности,
я ГЛ/ПОВОЙ сети. Возможно построение большого
с помощью навешенного ^«^^Дыми ГЭД, в том числе и ГЭУ с единой элек-
та^аицией Некоторые из иих р^^^^единой электростанцией и СПЧ ограни-
На рис. 8 4 16 представлен в*Р вариант контактного ГЭД (асинхронного
ценной мощности. Для пР°^ниечаСТотой и направлением вращения в этом случае
двигателя с кольцу) Упра н аннь1м способом; в диапазоне (1 4-0,6)^-
может быть осуществлено к (0>6 . 0)^ и бесконтактный реверс - от-
радным включением СП , ванием еГ0 обмоток и частотным регули-
ключением статорт го в об’ н6м режиме. При использовании однозонного
^иХ^ия с установленной мощностью СПЧ, равной 0,25Рд (при одновремен-
ном измХи напряжения питания ГЭД), обеспечение реверса возможно при мак-
имх^ом значении реверсивного момента винта, не превышающем 0,45 номинала
кого При больших значениях этого момента необходимо на момент реверса вклю-
чать дополнительное сопротивление в цепь СПЧ (при использовании ПЧТ в цепь
выпрямленного тока), габариты которых, учитывая кратковременность процесса и
наличие противо-ЭДС в цепи ротора, будут небольшими.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П1. Основные характеристики контакторов ускорения постоянного тока
Тип Номиналь ими ток, А Выдержка вре- мени, с Вид кои тактов* Величи на Габаритные раз- меры, мм
КУВ11 КУВ12 КУВ10 КУВ11А КУВ12А 25 0,2-0,6; 0,4-1 0,3-1; 0,8-2 1р. 1з I 65x115x140
КУВ21 КУВ22 КУВ23 КУВ24 КУВ25 50 0,3-1; 0,8-2 1э 1Р 2з 2р 1з, 1р II 73x130x140
КУВ31 КУВ32 КУВЗЗ КУВ34 КУВ35 150 0,4 1; 0,8-2 1э 1р 2з 2р 1з, 1р III 85x160x165
КУВ41 КУВ42 КУВ43 КУВ44 КУВ45 300 0,6-1; 1-3 1з 2з 2р 1з, 1р IV 112x205x215
Буквами „р” и „э” обозначены соответственно размыкающий и замыкающий
контакты.
291
Буквой ,ji” обозначен переключающий контакт.
292
Таблица ПЗ. Основные характеристики контакторов электромагнитых серии
КМ 2000 переменного тока
Тип Номинальный 1 ток главной цепи Число и вид I главных j контактов Число и вид 1 I вспомогатель- 1 ных контак- 1 тов 1 'абаритиые раз- меры LxBxH, мм
КМ 2211-8 КМ 2211-9 2з 23 1 1Р 1 190x90x176
'КМ 2311-8 КМ 2311-9 25 | Зз 2з 1 1р 190x110x176
КМ 2711-16 КМ 2711-17 КМ'2711-18 2з, 2р Зз I 2р 1з, 1р 230x180x209
КМ 2212-14 КМ 2212-15 2з 1э, 1р 1р 230x120x209
КМ 2312-16 КМ 2312-17 КМ 2312-18 50 Зз 1 Зз i 2р 13, 1р 230x135x209
КМ 2332-29 4з, 2р 235x165x209
КМ 231346 КМ 2313-17 КМ 2313-18 ) Зз 1 Зз 2р I 1з, 1р 255x165x225
КМ 2333-29 КМ 2333-32 100 4з, 2р 2Р I 255x195x225
КМ 221344 КМ 2213-15 1 ^3 2з 1р 245x130x215
КМ 2214-14 2з 2з 320x155x290
КМ 2314-16 КМ 2334-32 КМ 2334-29 КМ 2334-35 150 1 Зз Зз 2р 4з,2р 1з, 1р 300x210x265
Примечание. По напряжению главной и вспомогательной цепей контакторы
Рассчитаны на 127—380 В. по напряжению включающих катушек - на 127, 220 и
380 В.
293
,fKTVU4eCKUX „ ^,^мые длительные нагрУ^^ 6(f С кабелей и проводов
U — ток, А, кабелей
Сечение жил кабелей, мм' '"’"То 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 Д01 ПВУХЖИЛЬНЫХ 9 12 17 22 29 40 53 70 85 105 130 160 180 205 235 275 320 380 370 455 420 трехжильных
Одножильных 11 14 20 26 35 47 62 82 100 125 150 185 215 240 275 330 375 450 440 535 495 7 10 14 18 24 33 44 57 70 85 105 130 150 170 195 225 265 315 300 375 350
_______________~ LTZ„„., -значения постоянного тока, в знамена-
приведены значения
теле - переменного.
jss >s;====“^"
Допустимый ток, А, кабе; геи
Сечение жил кабелей, мм одножильных двухжильных трехжи. пьных
ПВ-25% ПВ-40% ПВ-25% ПВ=40% ПВ*25% ПВа40%
1,0 1,5 2,5 4 16 25 34 47 16 21 27 38 16 21 34 47 16 21 27 38 16 21 27 38 16 19 26 35
6 66 55 60 50 54 46 60 85 120
10 80 65 80 65 75
16 110 100 110 95 105
25 155 135 150 125 135
35 200 170 190 155 175 135
50 260 215 230 195 205 175
70 330 275 270 225 270 225 270
95 405 330 325 270 325
120 475 400 375 315 375 315
150 540 460 430 360 430 360
185 630 530 490 410
240 750 630 — — 580 480
300 860 825 720 690 — — 650 540
400 960 900 800 750 — 780 650
500 1040 795 880 795 •* — —
теле - переменного! *' В ЧИСЛИТеле приве; чены значе ния постоя иного тока в знамена-
294
Таблица П6. Электрические параметры кремниевых тиристоров при 25* С
Тип Максимально допусти мое напряжение, В Максимально допусти- мый прямой ток, А (Ток управ- 4 пения, мА
прямое обратное
постоям ный импульс- ный
КУ 201 А 25 25 2,0 10 1 200
КУ 201 В 50 50 2,0 10 200
КУ 201 Д 100 100 2,0 10 200
КУ 201 Ж 200 200 2,0 10 I 200
КУ 201 К 300 300 2,0 10 200
КУ 203 А 50 50 10 100 350
КУ 203 Б 100 100 10 100 I 350
КУ 203 В 150 150 10 100 I 350
КУ 203 Г 200 200 10 100 1 350
КУ 208 А 100 — 0,45 10 500
КУ 208 Б 200 — 1,25 10 500
КУ 208 В 300 —- 3,25 10 500
КУ 208 Г 400 — 5,0 10 500
Д 235 А 40 40 2,0 10 150
Д 235 Б 80 80 2,0 10 150
Таблица П7. Электрические параметры стабилитронов
Напряжение стабилиза- Ток стабилизации. Темпера-
ции, в j мА, при 25° С тур ный
Тип коэффи-
минималь- макси- минималь- макси- циент.
ное мальное 1 ное мальное. %Гс
Д 814 А 7 8,5 1 3 40 0,07
Д 814 Б 8 9,5 3 36 0,08
Д 814 В 9 10,5 3 32 0,09
Д 814 Г 10 12 3 29 0,095
Д814 Д Д 815 И 11,5 14 1 3 50 24 1400 I 0,095 0,056
4,7
Д 815 Б 6,8 S S 50 1150 0,062
Д 815 В 8,2 1 50 950 0,088
Д815 Г 10 £*) X 25 800 0,10
Д815 Д 12 § 25 650 0,11
Д 815 Е 15 ю d 25 j 550 i 0,13
Д 815Ж 18 fe 25 450 0,14
Д816 А 22 § 10 230 0,15
Д 816 Б 27 £ о 10 180 1 0,15
Д 816 В 33 10 15Q 1 0,15
Д816Г 39 10 130 0,15
Д 816 Д 47 d SC * 10 110 I 0,15
Д 817 А 56 о 5 90 । 0,18
Д 817 Б 68 ° к Q. о 5 75 1 0,18
Д 817 В Д 818 Г 82 100 сЭ в) Рн Ж 5 5 60 50 0,18 0,18
мк1ерретики транефор^торов ~ и я Основные хара — _ —__
IcFvnuv0 • Напряжение, В
кпд, %
Тип Мощность, кВ • А первичное вторичное
26/133-115 26/133- U5 26/133-115/230 26/133 П5/230 26/133-115/230 133-115 133-И5/230 93,0 94,3 95,3 94,0 95,0 95,9 97,0
ОСВМ-0,15 ОСВМ-0,63 OCBM-I ОСВМ-1,6 ОСВМ-2,5 оевкм 0,25 0,63 1,0 1.6 2.5 4,0 6,3 220 220 380 380 660 220 380
OC3M-6.3
ОСЗМ-10 10 127 220 380 133 133-П5/230 133-115/230/400 97,1
OC3M-I6 16 220 380 133-И5 133-115/230
ОСЗМ-25 25 220 133-115
380 133-115/230 97,0 к?
ТСВМ-1,6 ТСВМ-2,5 ТСВМ-4 ТСВМ-6,3 1,6 2,5 4 6,3 220 220/230-133 93,5
380 380 660 230/133/400 230/133/400 230/133 97,5 95,5 96,5
тез М-16 16 230 230-133 96,7
380 230-133/400 96,7
TC3M-25 25 220 230-133 97,0
380 230-133/400 97,0
ТСЗМ-40 40 220 133/230 96,5
380 133/230/400 96,5
ТСЗ М-63 63 380 133/230/400 97,5
тезм-юо 100 220 230 98,0
380 133/230/400 9'8,0
оезм-юо 100 380 230 97,9
OC3M-160 160 380 230 98,2
TC3M-160 160 380 230 97,2
ОСС-0,04 0,04
ОСС-0,063 0^63 /о 82 85
ОСС-0,1 ОСС-0,16 0,10 0 16 380/220 24, 36, 127, 220
ОСС-0,25 0,25 88 89
296
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авик Ю. Н., Дубинин Ю. В., Сержантов В. В. Наладка системы электродвиже-
ния портового ледокола. - Судовая электротехника и связь, 1968, вып. 38, с. 3-15.
2. Автоматизация судовых синхронных генераторов/Под ред, Б. И. Норневско-
го. Л., ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина), 1962.
3. Айзенштадт Е. Б., Васильев Б. С. Новые системы электроддшжения ледоколь-
ных судов. - Вопросы судостроения. Сер. Судовая электротехника и связь, 1973.
вып. 4, с. 39-63.
4. Айзенштадт Е. Б., Гилерович Ю. М. Системы электродвижеиия с газовыми
турбинами. — В кн.: Обзор по судовой электротехнике. Л,, 1976, вып. 15, с. 3—19.
5. Айзенштадт Е. Б., Гилерович Ю. М. Системы электродвижения ледоколов
и судов ледового плавания. — Судостроение за рубежом, 1981, № 3, с. 61—83.
6. А зенштадт Е. Б., Гилерович Ю. М. Электроэнергетические системы буровых
судов и установок. - Судостроение за рубежом, 1979, № 12, с. 75-96.
. Айзенштадт Е. Б., Козярук А. Е. Оценка основных технико-экономических
показателей перспективных ГЭУ. — Вопросы судостроения. Сер. Судовая электротех-
ника и связь, 1982, вып. 35, с. 1—6.
8. Айзенштадт Е. Б., Котовщиков А. Я., Пеховский В. С. Система автомати-
еского регулирования самовозбуждающихся СГ в системе ГЭУ неизменного тока. —
опросы судостроения. Сер. Судовая электротехника и связь, 1978, вып. 22,
с. 27-37.
9. Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода. Госэнергоиздат, 1956.
10. Ботвинник М. М., Шакарян Ю. Г. Управляемая машина переменного тока.
М., Наука, 1969.
11. Брук М. А., Рихтер А. А. Режимы работы судовых дизелей. Л., Судпром-
гиз, 1963.
12. Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными электродвигателями.
М., Наука, 1966.
13. Ваншейдт В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л., Суддромгиз,
1978.
14 Верете Л. Г. Судовые паровые и газовые турбины. М., Транспорт, 1965.
15. Винарский М. С., Лурье М. В. Планирование эксперимента в технологичес-
ких исследованиях. Киев, Техн1ка, 1975.
16. Голиков И. 3. Особенности настройки САР главных дизель-генераторов
при ходе судна на волнении. — В кн.: Применение методов планирования экспери-
ментов в судовой энергетике. НТО им. акад. А. Н. Крылова. Материалы по обмену
опытом, вып. 271. Л., 1978, с. 134-139.
17. Горбунов Б. А., Епифанов Н. А-, Сержантов В. В. Гребная электрическая
установка. - Судостроение, 1976, № 2, с. 18-22.
18. Горбунов Б. А., Савин А. С., Сержантов В. В. Современные и перспектив-
ные гребные электрические установки судов. Л., Судостроение, 1979.
19. Гребные электрические установки. Справочник . Н. Авик, I . Б. Айзен-
штадт, Ю. М. Гилерович и др. Л., Судостроение, 1975.
20. Гриценко А. К., Крылов Н. М. Устройство для испытания гребных установок
судов. - Технология судостроения, 1972, № 6, с. 53-55. ___
21. Губенко Т. П., Губенко В. Т. Векторные диаграммы и построение статичес-
ких характеристик синхронных машин. М. - Л., Энергия, 1966. ..
22. Данилов Л. Г. Опыт эксплуатации установок атомных ледоколов. р-
ской флот, 1981, № 10, с. 42-46.
297
движители. Л-, Судпромгиз, 195б
„.Ж^ко М. М., И-знов ’^“««р^оРУДО»'"""- Л-Сулослх,™»,
* 31”₽ОВ °' Г НаИТ<> „ в с«Д»Р™ В. М., »»»>' В. A. oCuw
1 „ ЗЯЙРИ Ю. Я.. »®"K0’„™p"’_ В кн.: Вопросы автоматизации проекти-
принципы построения «сгемы ^FPHTO им. акад. А. Н. Крылова. Материалы
»«««•“’ в-В- П₽И“Ивы“еЭж‘,ДОВ
26. Зубарев Ю. Я., Панкин Ю. М . напряжения в судовых ЭЭС со стати-
пирования эксперимента для pa^J суДОСфояли. Сер. Электротехника и связь,
ческими преобразователями.
1980, вып. с. 63-73. . „ Юхнович В. А. Расчет автоматизирован-
27. Зубарев Ю. Я., Собанш^ов А.^Д^ Л., Судостроение, 1976.
ных систем методами активного эк р ледового плавания. Л., Судостроение,
28. Игнатьев М. А. 1 реоныс
1966? А п^АПРпсние ледовых нагрузок, воспринимаемых ло-
29. Игнатьев М. А. Опр £ мы Арктики и Антарктики, 1964, № 15,-
пастями гребного винта. и
«• 4l 3f) Ильинский Н. Ф. электроприводы постоянного тока с управляющим момен-
1ом^2Х“Ттятовые электрические машины. М.-Л. Энергия, 1965.
3? Йяиов В. Т. Расчеты маневренных характеристик судов с электрическим
ребн^ т^одом. - труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, 1949, вып. 52,
с'5’тт Касьянов В Т. Малышев И. Ф. Определение габаритных размеров и веса
элекщич^” ашнн дая гребных приводов. - Судостроение, № 6, 1951, с. 25-27.
34. Ковалев Ф. И., Мосткова Г. П., Толстов Ю. Г. Трехфазные силовые полу-
проводниковые выпрямители, управляемые дросселями насыщения. М., Изд-во
АН СССР, 1963.
35. Козярук А. Е. Анализ динамических режимов ГЭУ с помощью ЦВМ на эта-
пе проектирования. — В кн.: Вопросы автоматизации проектирования. НТО им.
акад. А. Н. Крылова. Материалы по обмену опытом, вып. 325. Л., 1980, с. 96—100.
36. Колесниченко Н. А., Новиков Ю. В., Юхнович В. А. Включение математичес-
кой модели мостового статического выпрямителя в алгоритме процессов в автоном-
ной электроэнергетической системе. - Изв ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина),
1977, вып. 227, с. 49-53.
37. Куракин В. И., Родин В. П. Аккумуляторная энергетическая установка реч-
ного пассажирского судна. В кн. Опыт исследования, проектирования и монтажа
судовых ЭЭС. НТО им. акад. А Н. Крылова. Материалы по обмену опытом, вып.
352. Л., 1981, с. 19-23.
rav ^еякин Семенов М. А. Системы возбуждения синхронного генерато-
а У по схеме синхронный генератор-выпрямитель-двигатель постоянного то-
ка. кн.. Вопросы автоматики и надежности электроэнергетических и электро-
пС7о4з°КИМ‘ акад‘ А' Крылова. Материалы по обмену опытом,
вып. уэ. л., 1Уо/, с. 25— 34.
тичесвгохМ^п^ВСКИЙ В Е’’ 1ИМ0Феев Ю- К. Графоаналитический метод расчета ста-
Труды ЦНИИМФИ9?Лвьше87°с. ЗЛе1к1триЧеской Установки двойного рода тока. -
лей суповыхЬ ЭЭС г" Спос°б Улучшения качества напряжения питания потребите-
строения Сер Cyi овая°эп*Ы “ тиристоРными преобразователями. - Вопросы судо*
С1^4™ЯМельн1жов)ВЕЯИЛСП7лОТкХНИКа И СВЯЗЬ’ 1976’ ВЫП' ,3> 21-27.
телей в судовых ЭЭС с'млшт. улуЧшения качества напряжения питания потреби-
судостроения. Сер Судовая anew™** тирист°рными преобразователями. - Вопросы
42. Михайлов В А., НоХХйТ И Т**’ ВЫП> 13’ С' 21“27’
станций. Л., Судостроение, 1966 * АвтоматизаЦия судовых электрических
4®ов и ’л«^тодАсга«Хех™“ов ЛБ'’счГЙЯ“Н Р’ ЭлектР°даижеИИе
анизмов. л.» Судостроение, 1969.
298
44. Пайкин Ю. И., Шейинхович В. В. Номограммы для расчета гармонического
состава выпрямленного напряжения и первичного тока трехфазного мостового уп-
равляемого выпрямителя. - Судовая электротехника и связь, 1972, вып. 1, с. 12-19.
45. Парфенов Э. Е., Новинский П. А. Асинхронно-вентильные каскады для днух-
зонноного регулирования скорости асинхронных электродвигателей. Л., Наука,
1969.
46. Перевозчиков А. Е., Демьянченко В. Я. Атомный ледокол „Арктика”
Судостроение, 1976, № 2, с. 6- 12.
47. Полонский В. И. Гребные электрические установки. Л., Морской транспорт,
1958.
48. Полонский В. И. Гребные электрические установки морских судов. М.,
Транспорт, 1968.
49- Полонский В. И., Хайкии А. Б. Электроходы и перспективы их развития.
Л., Судпромгиз, 1960.
(J5Q Портной Ю. Г., Савин А. С. Оптимизация на ЦВМ режимов работы асинхрон-
ного двигателя в системе частотного управления. Труды ВНИИЭМ, 1974, т. 41,
с. 36-45.
51. Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. Л.,
Транспорт, 1981.
52. Ракитский Ю. В., Устинов С. М., Черноруцкий Н. Г. Численные методы ре-
шения жестких систем. М., Наука, 1979.
53. Рукавишников С. Б. Автоматизированные гребиые электрические установ-
ки. Л., Судостроение, 1976.
54. Сендюрев В. М. Алгоритмизация упрощенных уравнений Парка^ Горева
автономных электроэнергетических систем. — Электричество, 1976, № 1, с. 73-75.
55. Сержантов В. В., Спешилов В. С. Гребные электрические установки. Л.,
Судостроение, 1970.
56. Справочник по преобразовательной технике/Под ред. И. М. Чатенко. Киев,
TexHixa, 1978.
57. Телегин Ф. М., Папушенко Г. Л. Применение разгрузочных устройств при ис-
пытаниях ГЭУ. - Судостроение, 1967, № 4, с. 47—49.
58. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе/Под ред. Р. С. Сар-
батова. М., Энергия, 1980.
59. Тиристорный электропривод рудничного подъем а/А. Д. Линкель. В Б. Ка-
толиков, В. И. Петренко, Л. М. Ковалев. М., Недра, 1977.
60. Туганов М. С. Судовой бесконтактный электропривод. Л., Судостроение,
1978.
61. Хайкин А, Б., Ягодкин В. Я. Расчет статических характеристик ГЭУ ледо-
кольных судов. — Судостроение, 1966, № 1, с. 57—66.
62. Харьковский завод транспортного машиностроения. Описание и инструк-
ция по обслуживанию судовых дизель-генераторов типа ДЮО. М., Транспорт, 969.
63. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. М. — Л., Госэнергоиздат, 1960.
64. Шехтман М. Г. Работа генератора на выпрямительную нагрузку. - Труды
ЛПИ, 1940, №3, с. 5-17.
65. Шипилло В. П.» Булатов О. Г. Расчет полупроводниковых систем управления
вентильными преобразователями. М.-Л., Энергия, 1965.
66. Шляхин П. Н. Паровые турбины. М. - Л., Госэнергоиздат, 1$ 60.
67 Шнее Я. И. Газовые турбины. М., Машгиз, I960.
68. Ягодкин В. Я. Аналитическое определение моме™ “ТПоХи и^Х
нню гребного винта при его вэаимодейств т со - ьдом. р
тарктики, 1963, № 13, с. 79-88.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................... ...............................
Условные обозначения........................«гтаионках
Глава 1. Общие сведения о гребных электрических установках. . . -
§1.1. 1.1.2. Преимущества и недостатки ГЭУ (7)
Классификация ГЭУ (8).
8 12 Судовые движители и их характеристики...... • - ' ’ ' '
' 1 2.1. Сопротивление движению судна (12). 1.2.2. Движители (12).
1 2 3. Сведения о работе гребного винта (13). 1.2.4.) арактерис-
тики гребного винта (15). 1.2.5. Взаимодействие гребного винта
со льдом (17). 1.2.6. Винты регулируемого шага (21).
§1.3. Первичные двигатели и их характеристики.....................
1.3.1. Дизели (22). 1.3.2. Паровые турбины (25). 1.3.3. Газовые
3
4
7
7
12
22
турбины (28).
§ 1.4. Некоторые сведения о характеристиках и схемах ГЭУ..........30
1.4.1. Механическая характеристика (30)- 1.4.2. Схемы главного
тока (31). 1.4.3. Частичные режимы (33). 1.4.4. Системы регули-
рования (36).
§ 1.5. Компоновка оборудования и особенности ГЭУ различных судов . . 40
1.5.1. Состав оборудования и схем ГЭУ (40). 1.5.2. Компоновка
оборудования ГЭУ (42). 1.5.3. Особенности ГЭУ различных судов
(44). 1.5.4. Условия работы, надежность, живучесть (46).
§1.6. Основные нормативные требования к ГЭУ........................47
1.6.1. Общие положения (47). 1.6.2. Условия работы и общие тре-
бования (48). 1.6.3. Первичные двигатели (50). 1.6.4. Электричес-
кие машины (50). 1.6.5. Возбуждение и управление (51). 1.-6.6.
Защита (51). 1.6.7. Измерительные приборы и сигнализация (53).
Глава 2. ГЭУ атомного ледокола ,Леонид Брежнев”.......................
§ 2.1. Общие сведения..................
§ 2.2. Принципы построения ГЭУ ........
§ 2.3. Основные элементы ГЭУ
2.3.1. Главные генераторы (58). 2.3.2. Выпрямительные уста-
новки (60). 2.3.3. Гребные электродвигатели (61). 2.3.4. Воэ-
будители (63). 2.3.5. Пульт и щиты электродвижения (63).
о х^ХСМЫ 1 .
2.4.1. Схема главного тока и основные режимы работы ГЭУ (64).
ч.пш^СХеМ« управления и Регулирования (66). 2.4.3. Схема
защиты и блокировки (72). 2.4.4. Схемы сигнализации (75).
§ 2.5. Результаты испытаний ГЭУ
(758! £ТуВЬК ИСПЬПаНИЯ Швартовные испы^ия
3'Хояовь,е испытания (78). 23.4. Испытания ГЭУ в лето-
вых условиях (82).
54
54
55
58
64
75
300
§ 2.6. Результаты эксплуатации
89
Глава 3 ГЭУ дизель-электрических ледоколов..........................91
§ 3.1. ГЭУ ледоколов типа „Капитан Измайлов” ..................... 91
3.1.1. Общие сведения (91) 3.1.2. Схема главного тока (92).
3.1.3. Схема возбуждения и управления (93). 3.1.4 Защита и бло-
кировки (96). 3.1.5. Некоторые результаты испытаний ГЭУ (98).
§ 3.2. ГЭУ линейных ледоколов типа „Ермак” ................... ... 99
3.2.1. Общие сведения (99). 3-2.2. Схема главного тока (99).
3.2.3. Схема возбуждения и управления (100). 3.2.4. Защита и бло-
кировки (104).
§ 3.3. ГЭУ ледоколов типа „Капитан Сорокин”................... 105
3.3.1. Общие сведения (105). 3.3.2.Схема главного тока (106).
3.3.3. Схема возбуждения и управления (107) 3.3.4. Защита и бло-
кировки (111). 3.3.5. Некоторые результаты испытаний ГЭУ (113).
Глава 4. Характеристики современных и перспективных ГЭУ иностранных
судов........................................................114
§4.1 . Особенности ГЭУ иностранных судов.........................114
§4.2 . Автономные ГЭУ постоянного тока ... .................... 114
§4.3 . Автономные ГЭУ переменно-постоянного тока ................117
§ 4.4. Автономные ГЭУ переменного тока...... . . . . 123
§ 4.5. ГЭУ переменно-постоянного тока с единой электростанцией..132
§ 4.6. ГЭУ переменного тока с единой электростанцией . .........142
4.6.1. Системы с ВРШ (142). 4.6.2. Системы с ВФШ (148)
Глава 5. Расчеты характеристик ГЭУ................................. 153
§5.1 . Общие положения по расчету статических характеристик.......153
§ 5.2. Расчет статических характеристик ГЭУ постоянного тока....154
5.2.1. Внешние характеристики электромашинных возбудителей
(трехобмоточного, ЭМУ-возбудителя) (154). 5.2.2. Внешняя харак-
теристика тиристорного возбудителя (154). 5.2.3. Построение
внешней характеристики генератора с тиристорным возбудителем
(154).
5.2.4. Построение механической характеристики ГЭД (158). 5.2.5.
Пример расчета статических характеристик ГЭУ постоянного тока
(158).
§ 5.3. Расчет статических характеристик ГЭУ переменного тока.......165
5.3.1. Расчет внешних характеристик синхронных генераторов
(165). 5.3.2. Определение характеристик генератора при перемен-
ных параметрах (165). 5.3.3. Определение полной МДС (или тока
возбуждения) по заданному напряжению и сопротивлению нагруз-
ки (166) 5.3 4. Определение напряжения при заданном полном
токе возбуждения генератора (при полной МДС) (167). 5.3.5. Рас-
чет внешних характеристик генератора с системой автоматическо-
го- регулирования (168). 5.3.6. Механическая характеристика
301
асинхронного двигателя (169). 5-3.7. Приведение
ГЭД к эквивалентному асинхронному двигателю ( )
Приведение параметров ГЭД к базисным величинам 1снерагоров
(171). 5.3.9. Механические характеристики асинхронного двигателя
при питании от генератора соизмеримой мощности (
Оптимизация на ЦВМ режимов работы частотно управляемых
электродвигателей (172). 5.3.11- Расчет характеристик пере
менного тока в установившихся режимах (175).
§5.4 Расчет статических характеристик ГЭУ переменно-постоянного тока 176
5-4.1. Особенности расчета (176). 5.4.2. Основные допущения и
порядок выполнения расчета (176) -
§ 5.5. Расчет переходных процессов ...............................178
5.5.1. Задачи и методы расчета переходных процессов (178). 5.5.2.
Общие принципы построения системы „АМПЕР” (180). 5.5.3. Ма-
тематическая модель ГЭУ по схеме синхронный генератор—управ-
ляемый выпрямитель—ГЭД постоянного тока (182). 5.5.4. При-
мер расчета пуска ГЭД с помощью системы „АМПЕР” (187).
Глава 6. Конструкция н расчет элементов ГЭУ..........................193
§6.1 . Главные генераторы ... .................................. 193
§ 6.2. Гребные электродвигатели............................... 203
§6.3 . Возбудители................................................212
§6.4 . Щиты и пульты электродвижения..............................216
§6.5 . Коммутационные аппараты и посты управления.................216
§ 6.6. Системы охлаждения, защиты и контроля ................ . 225
§6.7 . Оценка массогабаритных характеристик элементов ГЭУ ........227
§6.8 . Расчет элементов ГЭУ.......................................228
6-8.1. Определение мощности ГЭД, генераторов и первичных двига-
телей (228). 6.8.2. КПД ГЭУ и ее элементов (229).
Глава 7. Наладка и испытания ГЭУ .............
§ 7.1. Цель и организация наладки ГЭУ
Подготовительные работы по наладке ГЭУ
7.2.1. Проверка монтажа (234). 7.2.2. Регулировка и настройка
аппаратуры (234). 7.2-3. Измерение параметров установки (235).
7. . - Проверка и опробование электрических схем ГЭУ (235)
< пособы и средства, имитирующие нагрузку ГЭУ в процессе налад-
ки и испытаний
Автоматизация настройки ГЭУ
Настройка схемы ГЭУ ледокола .
7.5.1. Наладка возбудителей генераторов (243) 7 5 2 Напалка
узла возбуждения ГЭД (244). ' Наладка
§ 7.6. Швартовные и ходовые испытания ГЭУ
ГЭ^ '^Т^ ГЭУ (249) - 7-6.2. Ходовые испытания
Ъ 71 З ОбРаботка результатов испытаний ГЭУ в статике
ОЛопмп ’ ИсПЬ1Тания ГЭУ в переходных режимах (250). 7.6.5
Оформление результатов испытаний (250)
§7-2.
§7.3
§7.5.
231
231
234
237
238
242
249
Глава 8. Перспективные ГЭУ
252
302
§ 8 1. Направление развития ГЭУ ..............................
§8-2. ГЭУ переменно-постоянного тока .......
8 21-Основные характеристики (252). 8.2.2.Особенности ГЭУ
(254). 8.2.3. Особенности расчета показателей качества электро-
энергии (255) 8.2.4. Расчет параметров схемы выпрямления (256)
8.2.5. Схемы главного тока (258). 8.2.6. Системы регулирования
и управления (262).
§ 8 3. ГЭУ со статическими источниками электроэнергии постоянного
тока ............................................................ 266
8.3 1 Основные характеристики (266). 8.3.2. ГЭУ постоянного
тока (266). 8.3.3. ГЭУ постоянно-переменного тока (268).
§ 8.4. ГЭУ переменного тока.................................... 273
8.4.1. Классификация (273). 8.4.2. ГЭУ с регулируемым напряже-
нием (273). 8.4.3. ГЭУ с СПЧ в статорной цепи (275). 84.4. ГЭУ с
СПЧ в цепи ротора (287) .
Приложение...................................................- ... 291
Указатель литературы .......................................... ... 297