книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

ности турбин на отдельные агрегаты снижает экономичность ус­ тановки и увеличивает ее массу и габариты.

Для примера рассмотрим принципиальную схему главного то­ ка турбоэлектрохода (рис. 191).

Схема главного тока допускает три режима работы ГЭУ. Первый режим: каждый генератор работает на свой гребной электродвигатель. Второй режим: генератор левого борта работает на оба двигателя. Третий режим: генератор правого борта рабо­ тает на оба двигателя.

Разъединители генераторов 1РГ и 2РГ, секционный разъеди­ нитель PC, реверсивные переключатели двигателей 1ПР и 2ПР и выключатели 1ВТ и 2ВТ сопротивлений динамического торможе­ ния /Р т и 2Rr могут замыкаться и размыкаться только при отсут­ ствии тока в главной цепи. Набор схемы для соответствующего режима ГЭУ выполняется генераторными разъединителями 1РГ и 2РГ и секционным разъединителем PC.

Управление каждым гребным электродвигателем при пуске, торможении .и реверсировании производится раздельно включе­ нием и выключением в определенной последовательности возбуж­ дения генератора и двигателя, реверсивного переключателя и вы­ ключателя тормозных сопротивлений. Причем все эти операции осуществляются поворотом одного штурвала,’ который имеет сле­ дующие фиксированные положения: «стоп», «задержись», «пуск», «ход», «пуск назад», «ход назад».

Перед пуском гребного электродвигатёля главный турбогене­ ратор должен иметь частоту вращения не более 25°/о«нг. Включа­ ется в работу соответствующий агрегат возбуждения.

310

Пуск гребного двигателя производится поворотом штурвала из положения «стоп» в положение «пуск» без остановки в положе­ нии «задержись». При этом ГЭД подключается к генератору за­ мыканием реверсивного переключателя; на обмотку возбуждения генератора ОВГ1 или ОВГ2 подается повышенное напряжение (форсировка возбуждения). Гребной электродвигатель в это вре­ мя не имеет возбуждения и разгоняется в асинхронном режиме. Для этой цели у него на роторе, кроме обмотки возбуждения, имеется короткозамкнутая обмотка (пусковая).

Штурвал переводится в положение «ход», когда частота вра­ щения гребного электродвигателя будет близка к синхронной, что при данной частоте составит примерно 25%нНд* Включается воз­ буждение двигателя, и он втягивается в синхронизм. Устанавли­ вается нормальное возбуждение генератора. Далее увеличивается частота вращения турбогенератора в соответствии с заданным хо­ дом судна.

Реверсирование гребного электродвигателя состоит из процес­ са торможения его и последующего пуска назад. Предварительно частота вращения турбогенератора, а следовательно, и гребного двигателя уменьшается до 25% номинальной.

Штурвал переводится из положения «ход» в положение «за­ держись». При этом отключается возбуждение генератора и двига­ теля. Когда ток главной цепи уменьшится до нуля, штурвал пе­ реводится в положение «стоп», тем самым размыкается реверсив­ ный переключатель, а замыкается выключатель динамического торможения. Гребной двигатель отключается от генератора и за­ мыкается на реостаты торможения. Одновременно на обмотку возбуждения гребного электродвигателя подается напряжение и он переходит в режим динамического торможения. Когда скорость гребного двигателя уменьшится почти до нуля, штурвал перево­ дится в положение «пуск назад» без остановки в положении «за­ держись», и весь процесс пуска назад происходит совершенно ана­ логично пуску вперед.

Различные виды защиты в ГЭУ переменного тока, так же как и в ГЭУ постоянного тока, действуют либо на сигнал, либо на от­ ключение возбуждения генераторов и гребных электродвигателей.

В ГЭУ переменного тока нет причин для разгона гребного электродвигателя и первичных двигателей, поскольку частота вра­ щения машин переменного тока жестко определяется частотой то­ ка. Нет причин и для непроизвольного реверса первичных двига­ телей.

В ГЭУ переменного тока применяются следующие виды за­ щиты.

1. Дифференциальная защита генераторов и гребных элек тродвигателей. Это специальный вид защиты, применяемый толь­ ко в электроустановках переменного тока. Защищается опреде­ ленный участок схемы. Дифференциальная защита реагирует только на повреждения (двухфазные и трехфазные короткие

311

замыкания) внутри этого участка. В данном случае защита каждо­ го генератора включает в себя обмотки генератора и часть ка­ бельной сети вместе с генераторным разъединителем, а защита гребного двигателя — обмотки двигателя и кабель до реверсивно­ го переключателя. Действует эта защита на отключение возбуж­ дения генераторов и двигателей.

2.Защита от перегрузки выполняется при помощи реле вре­ мени. При незначительных перегрузках реле действует на сигнал,

апри больших — на отключение возбуждения. Контролируется также температура обмоток электрических машин и температура охлаждающего воздуха.

3.При срабатывании быстрозапорного клапана в турбинных установках также отключается (возбуждение генератора и гребного электродвигателя.

4.Защита от однофазного замыкания на корпус судна дейст­ вует на сигнал.

В последнее время строят различные промысловые суда с ГЭУ переменного тока и с ВРШ. Значительная часть общей мощности ГЭУ используется для работы рыбообрабатывающего завода, реф­

рижераторных установок и траловой лебедки. Отбор мощности в ГЭУ переменного тока осуществляется обыкновенными трансфор­ маторами.

Гребной двигатель на таких судах вращается с постоянной ча­ стотой, а необходимая маневренность судна обеспечивается ВРШ.

§ 77. ГЭУ двойного рода тока

Системами двойного рода тока в настоящее время называют­ ся электроэнергетические установки, в которых источники элек­ троэнергии вырабатывают переменный ток, а потребители посто­ янного тока получают питание через выпрямители.

В ГЭУ двойного рода тока источниками электроэнергии яв­ ляются трехфазные синхронные генераторы, а в качестве гребных электродвигателей используются двигатели постоянного тока. Промежуточное звено — выпрямительная установка на полупро­ водниковых кремниевых вентилях (рис. 192).

ГЭУ двойного рода тока в известной степени позволяет объе­ динить положительные качества гребных электрических установок постоянного и переменного тока.

Как и в ГЭУ постоянного тока, скорость вращения ГЭД регу­ лируется плавно и в большом диапазоне за счет изменения на­ пряжения генераторов, а следовательно, первичные двигатели мо­ гут работать с постоянной частотой вращения.

При изменении момента сопротивления гребного винта автома­ тическое регулирование возбуждения генераторов и гребных дви­ гателей может обеспечить постоянство мощности ГЭУ на чистой воде, при буксировке другого судна, во льдах и т. д.

312

Как и в ГЭУ переменно­ го тока, синхронные гене­ раторы позволяют концен­ трировать в одном агрегате практически неограничен­ ную мощность при частоте вращения до 3000 об/мин. Переход на повышенную ча­ стоту 200—400 Гц позволя­ ет повысить частоту враще­

Синхронные генераторы, как уже отмечалось ранее, превосхо­ дят генераторы постоянного тока по надежности и экономичности.

При современном состоянии силовой полупроводниковой тех­ ники создание мощной выпрямительной установки на полупровод­ никовых кремниевых вентилях особых затруднений не вызывает. К. п. д. такой установки достигает 99%. Кремниевые вентили об­ ладают высокой надежностью, если параметры выпрямительной установки не выходят за пределы расчетных значений.

В ГЭУ двойного рода тока проще, Нем в других гребных уста­ новках, отбирать мощность для питания вспомогательных нужд, судна, имея, таким образом, один вспомогательный дизель-генера­ тор, обеспечивающий судно электроэнергией на стоянке.

При создании ГЭУ двойного рода тока приходится решать ряд дополнительных вопросов, присущих только этому типу гребных электрических установок.

В отличие от ГЭУ постоянного тока, в данном случае измене­ ние направления тока.в обмотках возбуждения генераторов не приведет к изменению полярности напряжения на зажимах греб­ ных электродвигателей. Следовательно, встает вопрос о способе реверсирования ГЭД. Разрывать для этой цели цепь главного то­ ка, как это делается в установках малой и средней мощности, крайне нежелательно. Проще изменять направление тока в обмот­ ках возбуждения гребных электродвигателй при одновременном снижении напряжения генераторов.

Наличие выпрямительной установки не позволяет перевести гребной электродвигатель в режим рекуперативного торможения. Другое дело, если выпрямительная установка выполняется на управляемых полупроводниковых вентилях-тиристорах. Тогда для перевода двигателя в режим рекуперативного торможения управ­ ляемый выпрямитель переводится в режим инвертора. Вместе с тем в ГЭУ двойного рода тока может с успехом применяться тор­ можение противовключением при пониженном напряжении гене­ раторов и динамическое торможение.

313

Выпрямленный ток, как известно, имеет определенную пульса­ цию, зависящую от схемы выпрямления. Пульсирующий ток ухудшает условия коммутации на коллекторе гребного электро­ двигателя, усугубляющиеся еще и большой мощностью машины.

Наиболее'эффективный путь уменьшения пульсации выпрям­ ленного тока — это применение двухобмоточных синхронных гене­ раторов (рис. 192).

В одних и тех же пазах статора генератора укладываются две отдельные трехфазные обмотки, сдвинутые в пространстве по рас­ точке статора на 30 электрических градусов. Каждая обмотка подключается к своему трехфазному мостовому выпрямителю. Со стороны постоянного тока выпрямители могут соединяться парал­ лельно или последовательно (на рис. 192 они соединены последо­ вательно). Выпрямленный ток по своей пульсации будет соответ­ ствовать двенадцатифазному выпрямлению.

Здесь можно отметить, что двухобмоточные генераторы при ра­ боте на выпрямитель и по другим показателям превосходят обыч­ ные трехфазные генераторы.

Системы возбуждения генераторов, гребных электродвигателей, схемы управления и защиты гребной электрической установки двойного рода тока принципиально не отличаются от систем ГЭУ постоянного тока.

§ 78. Перспективы развития ГЭУ

Учитывая современное состояние науки и техники, можно оп­ ределять перспективы развития ГЭУ на ближайшие' два десяти­ летия. Вот основные направления, по которым, видимо, будет ид­ ти развитие электродвижения судов:

внедрение систем двойного рода тока; применение статических преобразователей частоты;

применение машинно-вентильных каскадов переменного тока; использование установок прямого преобразования энергии; более широкое использование атомной энергии.

Статические преобразователи частоты на полупроводниковых управляемых вентилях-тиристорах начинают находить все боль­ шее применение в различных отраслях промышленности для регу­ лирования частоты вращения синхронных и асинхронных корот­ козамкнутых двигателей.

Применение статических преобразователей для регулирования частоты вращения гребных электродвигателей позволит сделать ГЭУ переменного Дока столь же маневренной, как и ГЭУ постоян­ ного тока. Такие преобразователи, кроме плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне, позволяют осуществлять реверсирование двигателя без разрыва цепи главного тока и пере­ водить двигатель в режим рекуперативного торможения.

Автоматическое регулирование частоты и напряжения по оп­ ределенному закону может обеспечить работу ГЭУ с постоянной

314

мощностью при изменении момента сопротивления гребного винта.

Совершенствование ГЭУ переменного тока может пойти и по другому пути. Известно, что .при регулировании частоты вращения асинхронных двигателей за счет скольжения в цепи обмоток ро­ тора выделяется в виде тепла энергия, пропорциональная сколь­ жению.

Оказывается, что у двигателей с фазным ротором эту энергию можно использовать полезно, если, например, к обмотке ротора через полупроводниковый выпрямитель подключить двигатель постоянного тока, расположенный на одном валу с основным дви­ гателем. В этом случае энергия скольжения передается через вспо­ могательный двигатель на вал привода. Такая установка называет­ ся электромеханическим машинно-вентильным каскадом.

Энергию скольжения, снятую с ротора асинхронного двигате­ ля, можно после соответствующего преобразования возвратить в сеть. Такая установка называется электрическим машинно-вен­ тильным каскадом.

Регулировочные свойства и технико-экономические показатели

электродвигателя и не в сеть, а на вал первичного двигателя. На рис. 193 приведена принципиальная схема такой установки.

Гребной электродвигатель ГЭД с фазным ротором получает пи­ тание от двух параллельно работающих синхронных генераторов.

К обмотке ротора через выпрями­ тель подключены якоря двигате­ лей постоянного тока 1ДПТ и 2ДПТ, расположенные на одних валах с соответствующими пер­ вичными двигателями 1ПРД и 2ПРД. При отсутствии возбужде­ ния у двигателей постоянного

315

тока они вращаются вхолостую, а выпрямитель просто замкнут на очень малые сопротивления обмоток якорей. ГЭД при этом рабо­ тает почти на естественной характеристике и имеет наибольшую возможную скорость (рис. 194, кривая 1). Ток в цепи якорей дви­ гателей определяется по формуле

При включении возбуждения у двигателей постоянного тока

вобмотках их якорей будут индуктироваться э. д. с., что приведет

куменьшению тока /я, поскольку

j _ Ud — (Egi + Еяг)

Ra i + Rs2

Уменьшится ток /2, а значит, и вращающий момент ГЭД. Частота вращения его начнет падать, а скольжение увеличиваться. Увели­ чится э. д. с. ротора E2s и выпрямленное напряжение Ud, а следо­ вательно, и токи /я и /2. Увеличение тока /2 приведет к увеличе­ нию вращающего момента до значения момента сопротивления гребного винта, но уже при меньшей скорости. ГЭД перейдет на

мощности двигателей постоянного тока. В приведенной схеме для простоты двигатели постоянного тока включены последовательно. В действительности при высоких частотах вращения ГЭД они сое­ диняются параллельно, а при пониженных — последовательно.

Расчеты показывают, что для получения диапазона регулиро­ вания ГЭД 2:1 с учетом вентиляторной характеристики гребного винта и переключения машин с параллельного соединения на пос­ ледовательное мощность каждого двигателя постоянного тока сос­ тавляет 14% Р гад-

Расширение диапазона регулирования скорости ГЭД при той же мощности ДПТ достигается снижением напряжения генерато­ ров. Статические характеристики ГЭУ применительно к схеме рис. 193 приведены на рис. 194.

Наиболее широкое развитие электродвижение должно получить при использовании прямого преобразования энергии. Особенно перспективными для электроходов должны оказаться магнито­ гидродинамические генераторы (МГДГ) и топливные элементы.

316

Глава XIII

Эксплуатация электрооборудования

иэлектробезопасность

§79. Эксплуатация судового электрооборудования

Обслуживание судового электрооборудования ведется в соответствии с «Правилами технической эксплуатации судового электрооборудования», введенными в действие с 1 июля 1962 г.

Общая ответственность за правильную техническую эксплуа­ тацию электрооборудования на судне возлагается на старшего (главного) механика, а непосредственная эксплуатация судовых электроустановок осуществляется электротехническим персона­ лом,, который возглавляется электромехаником или старшим элек­ тромехаником.

При аттестации судовых механиков обязательно проверяются их знания судовой электротехники и правил электробезопасности.

На большинстве судов в машинном отделении электротехни­ ческая вахта возлагается на вахтенного механика.

Кроме «Правил технической эксплуатации судового электро­ оборудования», необходимо руководствоваться указаниями ин­ струкций заводов-изготовителей оборудования и служб судового хозяйства пароходств.

Эксплуатация электрооборудования судна складывается из повседневного обслуживания, связанного с пуском, включением и выключением, наблюдением за работой и исправностью электри­ ческих устройств и из профилактических осмотров, чистки и ре­ монта электрооборудования.

Результаты повседневного обслуживания фиксируются в элек­ тротехническом журнале. В нем отмечаются время пуска и оста­ новки генераторов и основных электроприводов, показания элек­ троизмерительных приборов, состояние изоляции электрической сети, замеченные неисправности и работы, выполненные за день

или за вахту.

Профилактические осмотры, ремонт и чистка электрооборудова­ ния осуществляются в соответствии с графиком, утвержденным службой судового хозяйства пароходства. Электротехнический персонал ведет специальные формуляры, где для каждого элек-- трического устройства вносятся записи о неисправностях, характе­ ре и причинах этих неисправностей, о выполненных работах по ухо­ ду и ремонту, о том, где и когда выполнены эти работы и т. д.

318

Один раз в год электрооборудование судна предъявляется Ре­ гистру СССР для освидетельствования. Надежность электрообору­

дования во многом зависит от своевременного проведения профи­ лактических осмотров и чистки его.

Для электрических машин существуют три вида профилакти­ ческих осмотров: без разборки, с частичной разборкой и с пол­ ной разборкой. Профилактический осмотр и чистка без разборки электрических машин со щеточным аппаратом должны произво­ диться не реже одного раза в месяц, а для машин без щеточного аппарата — не реже одного раза в полгода.

При частичной разборке электрической машины снимаются за­ щитные кожухи, вскрываются смотровые и вентиляционные отвер­ стия и снимается один из подшипниковых щитов. Такой осмотр с чисткой выполняется для машин со щеточным аппаратом не реже одного раза в полгода, а для машин без щеточного аппарата — не реже одного раза в год. Для наиболее ответственных электрических машин эти сроки сокращаются.

Систематический осмотр, чистка и регулировка аппаратуры резко

пуско-регулировочную аппаратуру грузовых лебедок и кранов ре­ комендуется проверять и чистить после каждой погрузочно-разгру­ зочной операции, но не реже одного раза в месяц. Не реже одного раза в месяц проверяется и пуско-регулировочная аппаратура рулевого устройства, брашпиля, шпилей.

Важнейшим условием обеспечения надежной работы ГРЩ и РЩ является поддержание их в чистоте, что может быть достиг­ нуто ежедневными осмотрами и периодической чисткой — не per же одного раза в три месяца.

Один раз в 2—4 года производятся профилактические осмотры РЩ с частичной разборкой их. Здесь очень важно проверить об­ жатие абсолютно всех контактных соединений, чего нельзя сделать в обычных эксплуатационных условиях, когда ГРЩ и РЩ нахо­

дятся под напряжением.

Ответственность за сохранность электроприводов грузовых и шлюпочных лебедок, кранов, брашпилей и шпилей возлагается на палубную команду, которая производит окраску их, своевременное и надежное зачехление и правильную эксплуатацию в соответст­

вии с заводскими инструкциями.

Старший механик и электромеханик должны проверять квали­ фикацию членов экипажа, которые допускаются к обслуживанию

палубных механизмов.

Большую опасность для электрооборудования представляет ржавление металлической оплетки кабеля, разрушение заделки

319