книги из ГПНТБ / Михайлов В.С. Судовые электростанции и электродвижение судов учеб. пособие

рами, назначение которой — выработка сигналов для включения тиристоров в определенные моменты времени. В схемах управле­ ния тиристорами широкое применение находят различные генера­ торы импульсов: блокинг-генераторы, мультивибраторы и т. п. Под­ робное рассмотрение схем управления тиристорами выходит за рамки настоящего пособия.

На рис. 61 представлена одна из возможных принципиальных схем тиристорного возбуждения синхронной машины ГЭУ пере­ менного тока. Обмотка возбуждения в этой схеме подключена на трехфазный выпрямительный мост, одно плечо которого собрано на тиристорах Т, другое — на неуправляемых диодах В. Мост пи­ тается от судовой сети ABC трехфазного переменного тока через силовой трансформатор ТС.

Величина тока Ів в обмотке возбуждения синхронной машины определяется совокупностью всех трех сигналов управления, по­ ступающих на БУ.

Использование тиристоров только для одного плеча выпрями­ тельного моста существенно упрощает схему возбуждения и уде­ шевляет ее.

В последние годы разработана тиристорная система бескон­ тактного бесщеточного возбуждения синхронных двигателей. В этой системе питание обмотки возбуждения двигателя подается от синхронного генератора через тиристорный преобразователь, причем генератор, тиристоры и элементы, входящие в схему управ­ ления тиристорами, размещены на валу ротора двигателя. Пуск двигателя осуществляется как асинхронный, а при достижении подсинхронной скорости система управления тиристорами обеспе­ чивает подачу напряжения в обмотку возбуждения двигателя.

ГЛАВА IX

ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 36. Основные элементы и схемы главного тока ГЭУ постоянного тока

Гребные электрические установки постоянного тока характери­ зуются возможностью широкого и плавного регулирования угловой скорости гребного электродвигателя, т. е. угловой скорости греб-

130

ного винта. Вследствие этого ГЭУ постоянного тока широко ис­ пользуются на судах, от которых требуются высокие маневренные качества. Такими судами являются ледоколы, рейдовые буксиры, паромы, пожарные и спасательные суда.

В качестве гребных двигателей и генераторов в ГЭУ постоян­ ного тока применяются электрические машины постоянного тока независимого возбуждения, а в качестве приводных двигателей — в основном дизели.

Преимущественное использование дизелей объясняется тем, что генераторы постоянного тока имеют ограниченную мощность и угловую скорость из-за наличия коллектора. По этой причине, а также из соображений повышения степени загрузки приводных двигателей при уменьшении нагрузки на винте общая мощность ГЭУ постоянного тока обычно обеспечивается несколькими генера­ торными агрегатами, мощность каждого из которых относительно невелика. В таких условиях использование дизелей в качестве при­ водных двигателей генераторов значительно более экономично, чем использование турбин, так как с уменьшением мощности агрегата относительная масса дизеля (масса на единицу мощности) умень­ шается, в то время как относительная масса турбин растет. Вслед­ ствие этого свыше 90% ГЭУ постоянного тока являются дизельэлектрическими гребными установками.

Дизели, вращающие генераторы ГЭУ, должны иметь регулятор, угловой скорости, обеспечивающий поддержание номинальной угловой скорости дизеля в пределах ± 7 % при сбросе и набросе номинальной нагрузки.

По условиям работы ГЭУ возможны такие режимы, когда ди­ зель может разгоняться генератором, перешедшим в двигатель­ ный режим. В связи с этим дизели снабжаются предельными ре­ гуляторами скорости, обеспечивающими остановку дизеля при уве­ личении его скорости на 15% сверх номинальной. Дизели ГЭУ должны допускать перегрузку сверх номинальной на 10% в тече­ ние 1 ч без снижения угловой скорости.

Случаи использования турбин в качестве приводных двигате­ лей генераторов в ГЭУ постоянного тока объясняются спецификой получения рабочего агента на судне. Такая специфика, например, имеет место на судах с атомными силовыми установками, на кото­ рых основным источником энергии является атомный реактор, пре­ образующий атомную энергию в тепловую энергию пара.

Выбор величины напряжения в ГЭУ осуществляется с таким расчетом, чтобы удовлетворялись требования Правил Регистра

СССР, в соответствии с которыми номинальное напряжение на зажимах каждого генератора, на якоре гребного электродвигателя или измеренное между двумя любыми точками цепи первичной

сигнализации и защиты, т. е. в цепях вторичной коммутации, не

13)

гребного электродвигателя, так и при соединении их в электриче­ скую схему.

Так как ДЭГУ имеет обычно более одного генераторного агре­ гата, то возникает необходимость совместной работы генераторов на шины электродвижения. Схемы соединения генераторов и греб­ ных электродвигателей называются с х е м а м и г л а в н о г о т о к а . Некоторые возможные схемы главного тока ГЭУ постоянного тока при двух генераторных агрегатах приведены на рис. 62.

Принципиально возможно как последовательное (рис. 62,а), так и параллельное (рис. 62, б) соединение генераторов. Однако по­ следовательное соединение предпочтительней с точки зрения сте­ пени загрузки в различных режимах и удобства эксплуатации ГЭУ

а) 5) в)

Рис. 62. Схемы главного тока ГЭУ постоянного тока.

постоянного тока, поэтому оно применяется значительно чаще. Рассмотрим основные преимущества последовательного соедине­ ния генераторов на примере двух генераторных агрегатов, хотя выводы могут относиться к ГЭУ с любым числом генераторов.

При последовательном соединении каждый генератор рассчи­ тывается на номинальный ток, равный номинальному току греб­ ного электродвигателя, и на номинальное напряжение, равное но­ минальному напряжению гребного двигателя, поделенному на число генераторов, к которым подключен двигатель. При выходе из строя одного генератора или при выводе его из эксплуатации оставшийся генератор можно загружать полностью, т. е. он мо­ жет работать со своим номинальным током и номинальным на­ пряжением. Следовательно, генераторный агрегат сможет рабо­

каждый из них рассчитывается на номинальное напряжение, рав­ ное номинальному напряжению гребного электродвигателя, и на ток, равный половине номинального тока двигателя. При выводе из эксплуатации одного генератора напряжение на электродвига­ теле и его угловая скорость не изменятся. Чтобы не перегрузить

132

оставшийся генератор, необходимо снизить его напряжение при­ мерно вдвое, а величину тока оставить прежней. Следовательно, генератор будет работать с пониженным напряжением и с номи­ нальным током, т. е. он будет недогружен. Степень использова­

якоря, принять угловую скорость гребного электродвигателя про­ порциональной подводимому напряжению, то для суммарной мощности генераторных агрегатов ГЭУ постоянного тока можно получить следующие отношения:

динении генераторов в случае отключения части агрегатов сум­ марная мощность ГЭУ будет больше, чем при параллельном сое­ динении.

При последовательном соединении генераторов снижаются тре­ бования к регуляторам угловой скорости приводных двигателей. Действительно, если один из последовательно соединенных гене­ раторов снизит угловую скорость, то уменьшится его напряжение и суммарное напряжение всей установки, подводимое к гребному электродвигателю. В результате угловая скорость гребного элек­ тродвигателя снизится и нагрузка на каждый генераторный агре­ гат уменьшится.

При параллельном соединении уменьшение угловой скорости

от второго генератора. В результате второй генератор и его при­ водной двигатель окажутся перегруженными, что может вывести из эксплуатации всю ГЭУ.

При последовательном соединении упрощается и облегчается выполнение схем управления и защиты ГЭУ. Это объясняется тем, что каждый отдельный контур тока требует отдельную измери­ тельную и защитную аппаратуру, а при последовательном соеди­ нении генераторов число контуров меньше, чем при параллельном.

Наконец, при последовательном соединении генераторов умень­ шается напряжение между отдельными точками главной цепи и корпусом судна. ^

133

Помимо последовательного и параллельного соединения гене­

нение возможно при наличии нескольких гребных электродвигате­ лей, т. е. нескольких (двух или трех) гребных валов, или в установке при одном гребном вале, но с двухъякорным электродвигателем (рис. 62, в).

Использование двухъякорных гребных электродвигателей ши­ роко практикуется в ГЭУ постоянного тока. Двухъякорный греб­ ной электродвигатель представляет собой два механически свя­ занных гребных электродвигателя, смонтированных в общем кор­ пусе на одном валу. Каждый якорь имеет свою систему возбуж­

дения. Хотя к. п. д. такой машины на

ствами. Электродвигатель в двухъякор-

(б)режимах работы гене- зывается на протекании переходных про-

пользование двухъякорного электродвигателя при одном гребном вале повышает живучесть установки. Наконец, с уменьшением диаметра коллектора двигателя улучшается его коммутация, так как окружная скорость на коллекторе уменьшается.

Заканчивая рассмотрение вопроса о схемах главного тока, необходимо отметить существенный недостаток последователь­ ного соединения генераторов. При этом способе соединения гене­ раторные агрегаты должны оборудоваться защитой от принуди­ тельного реверса приводных двигателей, который возможен по следующей причине.

При нарушении подачи топлива к одному из дизелей исчезнет его вращающий момент, и приводимый этим дизелем генератор' остановится. Якорь генератора, последовательно соединенный с якорями других работающих генераторов, будет обтекаться то­ ком главной цепи, и при наличии возбуждения генератор остано­ вившегося агрегата перейдет в двигательный режим. Так как напряжение тока в якоре генератора и полярность его полюсов остаются неизменными, то переход генератора в двигательный

134

ного тока применяются нереверсивные дизели, то принудительный

ляется числом возможных и целесообразных по условиям экс­ плуатации сочетаний генераторов и гребных электродвигателей. В качестве примера на рис. 64, а приведена схема главного тока, состоящая из двух генераторов и одного гребного электродвига­ теля, в которой переключение производится избирательным пере­ ключателем с шестью контактами. Из таблицы замыканий контак­

С этой целью используется электромагнитная блокировка, не

135

гребных электродвигателей. Поэтому кроме главных контактов, с помощью которых осуществляются переключения в цепи глав­ ного тока, избирательные переключатели снабжаются вспомога­ тельными контактами, с помощью которых производятся соответ­ ствующие переключения цепей возбуждения генераторов и гребных электродвигателей, цепей управления, блокировки и сигнали­ зации. В ГЭУ с большим числом генераторов и гребных электро­ двигателей применяются индивидуальные переключатели для каждого генератора, так как выбор схем с одним переключателем становится сложным, а его габариты — большими.

§37. Регулирование угловой скорости гребного электродвигателя в ГЭУ постоянного тока

Способы регулирования угловой скорости гребного винта в ГЭУ постоянного тока обусловлены регулировочными свойст­ вами двигателя постоянного тока.

Напряжение, прикладываемое к якорю электродвигателя,

где р— число пар полюсов двигателя;

N— число активных проводников обмотки якоря; а — число параллельных ветвей обмотки якоря.

Величина магнитного потока Ф определяется током возбужде­ ния машины.

Совместное решение уравнений (39) и (40) дает возможность получить выражение для угловой скорости электродвигателя по­

Это выражение показывает, что изменять угловую скорость двигателя можно следующими тремя способами:

1) изменением величины напряжения U, подводимого к дви­ гателю;

136

2)изменением магнитного потока полюсов Ф, т. е. изменением тока возбуждения;

3)изменением величины сопротивления в цепи якоря, т. е. введением в цепь якоря добавочного сопротивления.

В ГЭУ постоянного тока наибольшее распространение имеет первый из перечисленных способов; второй используется реже;

удобством реализации этого метода в ГЭУ постоянного тока. Дей­ ствительно, ГЭУ в подавляющем большинстве случаев представ­ ляет собой, по существу, автономную электростанцию, устанавли­

ів. г, т. е. магнитный поток его полюсов Фг . Вследствие этого при

Как было отмечено выше, мощность цепи возбуждения весьма мала и составляет около 1% мощности генератора. Вследствие этого потенциометрический реостат и вообще вся аппаратура уп­ равления цепью возбуждения имеют малые габариты и массу. По­ тери энергии в цепи возбуждения очень малы. Поэтому потенцио­

137

положительной особенностью ГЭУ постоянного тока. Рассмотренный способ регулирования угловой скорости дви­

гателя постоянного тока изменением подводимого напряжения,

Этот способ широко применяется в судовой электротехнике не только для регулирования скорости гребных двигателей, но и для регулирования скорости других электроприводов с электродвига­ телями постоянного тока при получении энергии от судовой сети

пользуется не тепловой двигатель, а электрический двигатель пе­ ременного тока, включаемый в судовую электрическую сеть.

Регулирование угловой скорости гребного электродвигателя по

двигателя. Это дает возможность получить практически любую ус­ тойчивую угловую скорость гребного винта в пределах от его но­ минальной угловой скорости до 10% номинальной, т. е. диапазон

Получение устойчивой угловой скорости ниже чем 0,1 соном при регулировании напряжения генератора по схеме, приведенной на

связями по току, напряжению и скорости, можно значительно рас-, ширить диапазон регулирования угловой скорости двигателя, сде­

С целью максимального использования габаритов машин по­ следние проектируются так, чтобы в номинальном режиме, т. е. при номинальной угловой скорости, точка, соответствующая но-

138

практически не изменяет величины магнитного потока выше его

угловой скорости двигателя изменением магнитного потока воз­ можно лишь путем уменьшения тока возбуждения и потока. В со­ ответствии с выражением (41) уменьшение магнитного потока влечет за собой увеличение угловой скорости двигателя. Таким образом, рассмотренный способ при условии максимального ис­

рости гребного электродвигателя изменением магнитного потока необходимо иметь в виду, что при этом наряду с угловой ско­ ростью изменяется вращающий момент электродвигателя, пропор­ циональный магнитному потоку. Следовательно, при ослаблении потока с целью увеличения угловой скорости уменьшается вра­ щающий момент двигателя. В то же время момент сопротивления на гребном валу с увеличением угловой скорости увеличи­ вается, так как он примерно пропорционален квадрату угловой скорости.

Принципиально возможно осуществление двухзонного регули­ рования угловой скорости гребного электродвигателя изменением магнитного потока, т. е. как ослаблением тока возбуждения, так и увеличением по сравнению с номинальным. В этом случае номи­ нальный режим машины рассчитывается так, чтобы точка на ха­ рактеристике Ф=/(і'в) с координатами Ф Н О м, ів.ном (см. рис. 66) на­ ходилась в пределах прямолинейного участка Оа. В таком случае для обеспечения той же мощности на гребном валу габариты элек­ тродвигателя увеличатся, так как в номинальном режиме магнит­ ная система машины используется не полностью. В ГЭУ постоян­ ного тока в отдельных случаях такие машины применяются для обеспечения специальных регулировочных качеств гребных элек­ тродвигателей.

Третий способ регулирования угловой скорости гребных элек­ тродвигателей постоянного тока — изменением величины сопро-

139