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

возбудителем генератора при достижении момента на валу, рав­ ного величине Мтах, гребной электродвигатель остановится.

Важно подчеркнуть, что, остановившись, электродвигатель раз­ вивает значительный вращающий момент, который может быть равен максимальному в пределах перегрузочной способности дви­ гателя по моменту. Следовательно, гребной винт будет своими лопастями интенсивно преодолевать возникшее препятствие, на­ пример лед, попавший под лопасти.

Величина вращающего момента, развиваемого двигателем при

новка действительно оказывается в режиме, близком к короткому замыканию, так как противо-э. д. с. двигателя равна нулю и гене­ ратор замкнут на очень малое сопротивление — сопротивление якоря гребного электродвигателя. Однако этому режиму предше­ ствует такое уменьшение напряжения генератора, при котором обеспечивается ток, не превышающий допустимый. Следовательно, в рассматриваемой системе такой режим не является аварийным в отличие от обычных коротких замыканий в электроэнергетиче­ ских установках.

Величина Мк в конкретной установке зависит от соотношения витков всех обмоток трехобмоточного возбудителя. Очевидно, что если для одной и той же ГЭУ увеличить число витков обмотки ОСТ, то гребной электродвигатель остановится при меньшем токе якоря, т. е. при меньшем значении Мк.

Удобство управления и автоматическая защита машин от пе­ регрузки обеспечили широкое применение ГЭУ по системе генера­ тор— двигатель с трехобмоточным возбудителем. Однако, как видно из рис. 71, ГЭУ с трехобмоточным возбудителем генератора не в состоянии обеспечить стабилизацию мощности по закону Mcô=const (кривая 5). Действительно, в диапазоне AB (рис. 71, б)

150

изменения нагрузки от хода в свободной воде до швартовного ре­ жима механическая характеристика (o = f(M) гребного электродви­ гателя в рассмотренной системе отличается от гиперболы постоян­ ства мощности. Отклонение мощности первичного двигателя в си- •стеме достигает 10—11%. Для ряда типов ГЭУ-такая точность является недостаточной. В таких случаях требуется использование дополнительных средств стабилизации мощности, рассмотренных ниже.

§ 41. Системы стабилизации мощности ГЭУ

Достаточная степень стабилизации мощности ГЭУ постоянного тока может быть достигнута, если к сигналам управления возбуж­ дением генератора, зависящим от тока гребного двигателя, доба­ вить сигнал управления, зависящий от угловой скорости гене­ ратора. I

Принципиальная схема такой системы, предложенной П. В. Куропаткиным, представлена на рис. 72. В этой схеме обмотка воз­ буждения ОВГ генератора Г подключена на напряжение возбу­ дителя генератора ВГ, в качестве которого с целью увеличения коэффициента усиления системы и увеличения точности регули­

тремя обмотками управления: ОУ1, ОУ2, ОУЗ.

Обмотка ОУ1 является задающей. Она подключается на внеш­ ний источник постоянного напряжения. С целью обеспечения раз­ личных режимов работы ГЭУ величина и направление тока в об­ мотке ОУ1 могут изменяться с помощью потенциометрического реостата ПР, выполняющего функции поста управления.

Обмотка ОУ2 подключается на падение напряжения, которое

валу. Обмотка ОУ2 подключается так, чтобы ее магнитный поток был направлен встречно магнитному потоку обмотки ОУ1. Таким образом, обмотка ОУ2 в системе управления ГЭУ осуществляет функции жесткой отрицательной обратной связи по току или мо­ менту гребного электродвигателя.

Обмотка ОУЗ через реверсивное устройство РУ подключена в цепь коллектор—эмиттер полупроводникового триода Т. Цепь эмиттер—база триода подключена на выходное напряжение нели­ нейного моста ИМ, на вход которого подается напряжение тахогенератора ТГ, сочлененного с валом генератора Г. Таким обра­ зом, цепь ТГ — ИМ — Т—ОУЗ осуществляет нелинейную обрат­ ную связь по угловой скорости генераторного агрегата. Эта цепь включается с помощью контакта К при номинальной угловой ско­ рости дизеля.

151

Если отключить цепь обмотки ОУЗ, то в качественном отноше­ нии рассматриваемая система будет работать так же, как ГЭУ с трехобмоточным возбудителем генератора, т. е. регулирование мощности будет осуществляться по закону, отличному от гипер­ болы постоянства мощности. Наличие нелинейной обратной связи по угловой скорости дизеля позволяет обеспечить более качест­ венную стабилизацию мощности на гребных валах. Это дости­ гается следующим образом.

При номинальной загрузке дизеля нелинейный мост уравнове­ шен, его выходное напряжение и напряжение, прикладываемое

0У2

Рис. 72. Система стабилизации мощности ГЭУ с обратной связью по угловой скорости генератора.

к цепи обмотки ОУЗ, равны нулю. Если возникнет перегрузка ди­ зеля, то его угловая скорость снизится, вследствие чего снизится напряжение, развиваемое тахогенератором и прикладываемое на вход нелинейного моста. Равновесие моста нарушается, и на его выходе возникнет напряжение, прикладываемое к цепи эмиттер—• база триода. В результате цепь коллектор—эмиттер триода от­ кроется и по обмотке ОУЗ потечет ток.

Обмотка ОУЗ включена так, что образуемый током этой об­ мотки магнитный поток направлен согласно магнитному потоку обмотки ОУ2 и встречно магнитному потоку обмотки ОУ1. Вследствие этого при появлении тока в обмотке ОУЗ возбудитель генератора будет дополнительно размагничиваться, что вызовет уменьшение напряжения, развиваемого генератором и приклады­ ваемого к гребному электродвигателю. При реверсировании греб­ ного электродвигателя цепь обмотки ОУЗ переключается ревер­ сивным устройством РУ.

Нелинейный характер обратной связи по угловой скорости ди­ зеля позволяет обеспечить такой закон изменения тока в обмотке

152

ОУЗ, при котором изменение напряжения, подводимого к греб­ ному электродвигателю, обеспечивает стабилизацию мощности на его валу. Механическая характеристика ГЭД незначительно от­ личается от гиперболы постоянства мощности: отклонение мощ­ ности и угловой скорости на участке регулирования составляет 1,5—2,5%, т. е. значительно меньше, чем в ГЭУ с трехобмоточным возбудителем генератора. Исследования системы показали также, что наличие нелинейной обратной связи по угловой скорости су­ щественно улучшает работу ГЭУ в переходных режимах, что очень важно для установок, работающих с частыми и резкими измене­ ниями нагрузки на гребных валах.

Ценным качеством рассматриваемой системы управления ГЭУ является то, что обратная связь по угловой скорости дизеля поз­ воляет регулировать нагрузку на него с учетом технического со­ стояния дизеля, например с учетом снижения его мощности при ухудшении качества топлива, засорения форсунок и др. В тех случаях, когда на вал дизель-генератора ГЭУ навешивается гене­ ратор для питания общесудовой сети, наличие обратной связи по угловой скорости дизеля позволяет учесть также изменения на­ грузки, потребляемой сетью.

Так как в рассмотренной системе стабилизации мощности каж­ дый генератор имеет свой возбудитель с обратной связью по уг­ ловой скорости дизель-генератора, то эта система становится гро­ моздкой и неудобной в схемах, в которых имеется несколько последовательно соединенных генераторов при одном гребном электродвигателе.

Более универсальным способом обеспечения стабилизации мощности ГЭУ является регулирование мощности гребного элект­ родвигателя путем изменения его магнитного потока. Поскольку момент, развиваемый электродвигателем, с увеличением магнит­ ного потока увеличивается, а угловая скорость, при прочих рав­ ных условиях, с увеличением потока уменьшается, то можно

мощности. Регулирующее воздействие на цепь возбуждения дви­ гателя формируется в функции тока якоря и угловой скорости

153

напряжения, вторая — на выход магнитного усилителя МУ. Маг­ нитные потоки обеих обмоток складываются, образуя суммарный магнитный поток возбуждения возбудителя двигателя, определя­ ющий магнитный поток ГЭД.

подключена ОВВТ, зависит от величины тока іт , поступающего

Рис. 73. Система стабилизации мощности ГЭУ с регулированием магнитного потока гребного электродвигателя.

в качестве управляющего сигнала на МУ со вторичной обмотки трансформатора постоянного тока ТПТ. Первичной цепью ТПТ является шина, включенная в цепь якоря ГЭД. Таким образом,

потока, будут изменяться в таком соотношении, при котором их произведение остается неизменным и равным произведению но­ минальных значений момента и угловой скорости.

Следует отметить, что в любой системе стабилизации мощ­ ности ГЭУ регулирование по закону гиперболы постоянства мощ­ ности целесообразно только в диапазоне работы установки

154

ном увеличении момента на валу правее точки В и при значитель­

Поэтому в любой системе стабилизации мощности ГЭУ посто­ янного тока должны быть предусмотрены такие средства, которые бы обеспечили изменение закона регулирования за пределами диапазона AB и переход ГЭД на крутопадающую механическую характеристику.

§42. Системы неизменного тока

Впоследние годы в практике злектродвижения все большее применение находят ГЭУ постоянного тока, выполненные по видо­ измененной системе Г—Д с последовательным соединением всех генераторов и гребных электродвигателей и обеспечением неиз­

диапазоне изменения нагрузок на гребных винтах от хода в сво­ бодной воде до швартовного режима. В системах неизменного тока обеспечивается быстрое перераспределение мощности между

только на вертикальной части характеристики. Это достигается соответствующими управляющими воздействиями на систему возбуждения генератора, формируемыми в функции тока в цепи Г - Д .

Регулирование угловой скорости и реверсирование гребного

гок поддерживается неизменным, то вращающий момент ГЭД пропорционален магнитному потоку:

М = с м / я Ф = 6Ф,

где k — коэффициент пропорциональности между вращающим мо­ ментом двигателя и его магнитным потоком. С другой стороны,

155

статический момент сопротивления на гребном валу пропорциона­ лен квадрату угловой скорости:

со = с ] / ф = с Ф т ,

где

чить семейство механических характеристик двигателя, соответст­ вующих одной внешней характеристике генератора (рис. 75,6).

Режим работы ГЭУ характеризуется величинами угловой ско­ рости ш и вращающим моментом M двигателя, определяемыми как координаты точки пересечения механической характеристики двигателя при заданном магнитном потоке и кривой момента со­ противления на гребном валу, соответствующей условиям экс­ плуатации судна.

На рис. 76 приведена принципиальная схема ГЭУ парома оте­

250/290 об/мин) служат для привода двух кормовых гребных винтов, а третий электродвигатель типа ПСГ152-8К (получасовая мощность 370 кВт, 250 В, 535 об/мин)— для привода носового подруливающего устройства.

Для питания цепей возбуждения предусмотрены два возбуди­ тельных агрегата, из которых один резервный. Каждый включает

156

в себя три электромашинных усилителя — возбудителя двигателя ВД типа ЭМУ200 (20 кВт, 230 В, 1460 об/мин), один электрома­ шинный усилитель — возбудитель генераторов ВГ типа ЭМУ400

Рис. 76. Принципиальная схема ГЭУ парома по системе неиз­ менного тока.

(40 кВт, 230 В) и приводной асинхронный короткозамкнутый элек­ тродвигатель.

Возбудитель двигателя ВД, предназначенный для питания об­ мотки возбуждения двигателя ОВД, имеет четыре обмотки управ­ ления: 1) задающую ЗВД, подключенную на пост управления двигателем ПУД и служащую для управления величиной и

157

дения генераторов ОВГ1, ОВГ2 и ОВГЗ, включенные последова­

обратную связь по напряжению ВГ при включении на вторичную обмотку стабилизирующего трансформатора напряжения СТН.

Кроме этих обмоток, на полюсах ВГ размещены обмотка само­ возбуждения ШВГ, задающая обмотка ЗВГ и размагничивающая обмотка РВГ.

Обмотки ЗВГ и РВГ подключены на выход магнитного усили­ теля МУ, на который подается управляющее напряжение и напря­ жение трансформатора постоянного тока ТПТ—сигнал обратной связи по току главной цепи.

что особенно важно для паромов, работающих обычно в стеснен­ ных условиях плавания при частых швартовках. В ГЭУ, выпол­ ненной по обычной систем-е Г — Д, потребовалось бы при каждой швартовке выводить установку из эксплуатации, чтобы с по­ мощью селекторного переключателя на щите электродвижения набирать соответствующую схему главного тока, выделяя дизель-

ществлять раздельное управление электродвигателями. Это объ­

контур главного тока можно вводить и выводить любое число потребителей в зависимости от мощности генераторов, не оста­ навливая ГЭУ для переключений в схеме главного тока.

158

Отмеченные достоинства системы неизменного тока способст­ вуют их широкому распространению, особенно на судах вспомо­ гательного, технического и рыболовного флотов, где требуется частое перераспределение мощности генераторов на различные

§ 43. Защита ГЭУ постоянного тока

риод реверсирования гребного электродвигателя возможен недо­

состояние после устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты.

Обычно защита при срабатывании воздействует на возбуж­ дение главных генераторов и гребных электродвигателей, снимая напряжение возбуждения без разрыва главной цепи. Такой под­ ход к устройству защиты позволяет намного снизить габариты защитных устройств, так как разрыв главной цепи, по которой

защиту мгновенного действия от токов короткого замыкания и

159