Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

11.2 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 2217 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

постоянного тока должен быть защищен от чрезмерного повыше ния угловой скорости при оголении гребного винта или потере винта. Кроме того, должна быть предусмотрена защита от раз гона первичных двигателей со стороны генераторов, от непроиз вольного реверса первичных двигателей, возможного при последо вательном соединении генераторов.

На	рис.	77 приведена принципиальная	схема некоторых	за
щит	ГЭУ	постоянного тока (для упрощения показана схема
только для		одного генератора). Элементами	защиты в схеме	яв-

Рис.	77.	Принципиальная схема		защиты	ГЭУ постоянного
			тока.
ляются контакты			реле максимального тока РМ и контакты реле
давления РД		в	системе охлаждающей воды			дизеля.
Контакт	РМ		при нормальной	работе	ГЭУ	замкнут. При воз

растании тока главной цепи выше допустимого срабатывает реле

максимального	тока, включенное		в цепь генератора		(на	схеме
не показано), и	контакт РМ	размыкается.
Контакт РД	размыкается	в	случае	значительного	снижения
угловой скорости дизеля, так		как	насос	охлаждающей	воды	при

водится валом дизеля.

Контакты РМ и РД включены в цепь реле напряжения РН. В эту же цепь включен также контакт А селекторного переклю

чателя генератора,		контакт реле	готовности дизеля		ВГД,	контакт
выключателя	поста управления		ВПУ	и контакт поста		управле
ния ПУ.
Как видно из схемы, если цепь реле РН замкнута, то замыкаю
щий контакт	РН	обеспечивает	подачу	питания на	контактор К,

160

который

включает контакторы

КВГ

КВД,

своими контактами

обеспечивающими

подачу питания в обмотку возбуждения гене

ратора

ОВГ

обмотку

возбуждения

двигателя

ОВД.

Если

один

из

контактов в

цепи

РН

будет разомкнут,

то

реле

РН потеряет питание, контакторы К,

КВГ

и КВД

также

поте

ряют питание

возбуждение

главных электрических

машин

ГЭУ будет снято.

Важную

роль

в ГЭУ

играет

нулевая

защита.

Эта

защита

предотвращает пуск ГЭУ, если рукоятка поста управления не на


ходится		в исходном			(нулевом)		положении.
В	рассматриваемой					схеме	нулевая		защита	обеспечивается
следующим			образом.
Контакт			ПУ в цепи			реле РН	замкнут		лишь в\ нулевом		поло
жении	рукоятки			поста		управления.		Во	всех других положениях
рукоятки		контакт			ПУ	разомкнут, но		шунтирован		размыкающим
блок-контактом				РН.		Следовательно,		для включения реле			РН

при пуске ГЭУ Необходимо рукоятку ПУ установить в нулевое положение.

Обмотки возбуждения			генератора и двигателя при		отключе
нии	от своих возбудителей размыкающими контактами КВГ и
КВД	подключаются на соответствующие разрядные сопротивле
ния	СР.	Это необходимо	для	предотвращения пробоя	изоляции
обмоток		вследствие наводимых		в них значительных э. д. с. само
индукции при разрыве цепей обмоток.
Иногда отдельные функции защиты возлагаются на систему
автоматического регулирования				различных величин ГЭУ. Так,

в системе стабилизации мощности не требуется устанавливать дополнительную защиту от перегрузки ГЭУ.

Широкое распространение в схемах защиты ГЭУ имеют уст ройства контроля, сигнализации и блокировки. Эти устройства выполняются • с помощью различных элементов автоматики и при

отклонении контролируемых	величин от допустимых воздейст
вуют на световые и звуковые	сигналы.

Г Л А В А X

ГРЕБНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

§ 44. Общая характеристика, основные элементы и схемы главного тока ГЭУ переменного тока

ГЭУ		переменного тока		применяются	в тех	случаях,	когда
при	выборе типа гребной установки технико-экономический						ана
лиз	показывает		целесообразность использования			электродвиже
ния,	а	высоких	маневренных	качеств от	судна не	требуется.

161

Рис. 78. Принципиальная схема ГЭУ переменного тока.

Отличаясь		более низкой	маневренностью,	ГЭУ	переменного
тока	наряду	с этим обладают рядом существенных			преимуществ
перед	ГЭУ	постоянного тока. Электрические		машины — генера
торы	и электродвигатели — в		ГЭУ переменного	тока	более про

сты по конструкции, более надежны и экономичны. Масса и га бариты электрических машин переменного тока меньше по срав нению с массой и габаритами электрических машин постоянного тока. Отсутствие коллектора в электрических машинах перемен ного тока упрощает их эксплуатацию, значительно увеличивает возможный диапазон мощностей применяемых в ГЭУ электри ческих машин и диапазон их угловых скоростей. Так как угловая скорость гребного электродвигателя ограничивается характе ристиками гребного винта, то в отдельных случаях в ГЭУ пере менного тока, так же как и в ГЭУ постоянного тока, оказывается

целесообразным использовать гребной электродвигатель с уг ловой скоростью значительно более высокой, чем угловая скорость гребного вала, установив при этом редукторную передачу между ротором элек

тродвигателя и гребным валом. ГЭУ переменного тока по сравнению с ГЭУ постоянного тока отличаются более высоким к. п. д., меньшим весом, меньшей

стоимостью и большей надежностью.

Так же как ГЭУ постоянного тока, гребные электрические


установки		переменного		тока	включают в себя следующие основ
ные	элементы:		приводные		двигатели	генераторов	(первичные
двигатели),		электрические			генераторы,	гребные	электродвига
тели,	кабельную сеть,			соединяющую генераторы			и двигатели.
В наиболее простом. случае					ГЭУ состоит из одного приводного
двигателя		ПД	(рис. 78), одного трехфазного синхронного гене

ратора Г и трехфазного гребного электродвигателя Д. Для ре

версирования		двигателя предусмотрен			реверсивный		переклю
чатель	РП.	В дальнейшем с целью		упрощения будет			использо
вано	однолинейное		изображение элементов трехфазной				системы.
В качестве первичных двигателей в ГЭУ переменного							тока ис
пользуются паровые и газовые турбины					и двигатели	внутреннего
сгорания — дизели.
Турбины		обычно	устанавливаются	в	ГЭУ большой	мощности,

так как с увеличением мощности агрегата его экономичность

повышается.	В ГЭУ	переменного	тока нет	тех ограничений
по мощности,	которые	накладывает	на турбину	наличие коллек

тора у генератора постоянного тока. По этой же причине угловая скорость турбины при прямом соединении с генератором уста навливается равной 314 рад/с в системах с отбором электри ческой мощности на общесудовые нужды. В автономных ГЭУ

переменного	тока угловая скорость турбогенераторов может
быть выше 314	рад/с.

162

Условия использования турбины в качестве первичного двига теля в ГЭУ переменного тока определяют ряд специфических

требований,	часть	из	которых	зависит от	особенностей	конкрет
ной гребной	установки. Однако			некоторые	требования	являются
общими для	всех	ГЭУ	переменного тока. Так, например, необхо

димо, чтобы у турбины был быстродействующий регулятор угло


вой скорости, который			при сбросе и набросе 100%-ной нагрузки
обеспечивал		бы поддержание		частоты вращения			турбогенератора
с точностью 4 ± 1 %.
Регуляторы угловой скорости турбин должны обеспечивать
возможность		регулирования		скорости в диапазоне 5:1—4:1. При
повышении		угловой	скорости		турбогенератора		свыше	110%
должны	срабатывать		предельные регуляторы			скорости.		Турбина
должна	выдерживать		20%-ные		перегрузки по мощности			в тече
ние 5 мин и 50%-ные—в течение 5 с.
Большие		перспективы для			использования	в	качестве	первич

ного двигателя в ГЭУ переменного тока имеют газовые турбины.

Дизели в	качестве	первичных	двигателей в	ГЭУ	переменного
тока применяются в		установках	средней мощности.		Требования
к регуляторам	угловой	скорости дизелей в ГЭУ		переменного тока

те же, что и для турбин, но диапазон регулирования скорости несколько меньше. Дизели должны выдерживать кратковремен

ные 10%-ные перегрузки по мощности в течение		Г ч.
Все первичные двигатели, устанавливаемые	в	ГЭУ, являются
нереверсивными.
В качестве гребных электродвигателей в	ГЭУ переменного

тока используются трехфазные синхронные генераторы, обла дающие высокими технико-экономическими показателями. В тур-

боэлектрических		гребных	установках (ТЭГУ)	обычно приме
няются	неявнополюсные		генераторы, а в дизель-электрических
(ДЭГУ) — явнополюсные			синхронные генераторы.
В	качестве	гребных	электродвигателей в	ГЭУ переменного

тока используются трехфазные двигатели различных типов: синхронные, асинхронные с фазным ротором, асинхронные глубокопазные, синхронно-асинхронные.

Применение электрических машин и систем одно- и двух фазного переменного тока в ГЭУ чаще всего является нецелесо образным, так как эти машины уступают по своим технико-эко номическим показателям трехфазным машинам.

Частота	тока	в ГЭУ переменного тока обычно	выбирается
равной 50	Гц, а	максимальное линейное напряжение	генераторов

и электродвигателей не превышает 6300 В. Схема главного тока

зависит от	количества гребных валов, общей мощности			ГЭУ пе
ременного	тока	и типа первичного двигателя. Так	как	концент
рация мощности турбогенераторов в минимальном			числе	агрега
тов повышает		экономичность установки, то число	генераторных

агрегатов в ТЭГУ выбирается минимальным, т. е. число гребных валов должно быть больше числа генераторных агрегатов или равно ему.

163

Наиболее

простая

схема главного

тока

ТЭГУ

с одним греб

ным

валом может иметь вид, изображенный

на

рис. 78. На рис. 79

представлены

однолинейном

изображении

два возможных ва

рианта схемы главного тока ТЭГУ при наличии двух

гребных

валов. В первом

варианте

(рис. 79, а)

ТЭГУ

имеет

один

генера

торный

агрегат,

состоящий

из

турбины

Т и

синхронного

генера

тора

Г,

и два

гребных

электродвигателя

ГЭД1

и ГЭД2.

В схеме

главного тока имеется один разъединитель

на

шинах

генера

тора

два разъединителя

PI,

Р2 на

шинах

гребных электродви

гателей. Требования к разъединителям в цепях главного тока

таковы,

что

обычно

нет

надобности

усложнять

их

конструкцию

и применять выключатели специального типа,

так

как

разъеди

нение главных

цепей

ГЭУ осуществляется

при

снятом

возбужде

нии

на

генераторах

и гребных электродвигателях. В схеме уста

новлены также два реверсивных переключателя РП1

РП2,

так

как

возможна

работа

винтов

при

неодинаковом

направлении

их

вращения

(работа

«вр'аздрай»)

целью

повышения

маневрен

ных качеств

судна.

На рис. 79,6 представлена схема главного тока ТЭГУ с двумя

турбогенераторами и

двумя гребными

электродвигателями.

По

мимо разъединителей

генераторов

гребных

электродвигате

лей

Р2

в схеме предусмотрен

также

шинный

разъединитель

РЗ.

В результате схема приобретает повышенную живучесть, так как возможна работа любого гребного электродвигателя от любого турбогенератора, а также работа двух гребных электродвига телей от одного из генераторов. Параллельная работа турбогене


раторов ГЭУ переменного				тока обычно	не допускается.
В	ДЭГУ	количество		генераторных	агрегатов	обычно	превы
шает	число	гребных	электродвигателей,		так как дробление		общей
мощности ГЭУ на			несколько дизель-генераторов			более выгодно

в технико-экономическом отношении, поскольку при этом сни жается плотность дизелей на единицу мощности. На рис. 80 представлена схема главного тока ДЭГУ переменного тока, включающая в себя четыре дизель-генератора и два гребных электродвигателя. В отличие от ТЭГУ дизель-генераторы снаб жаются устройствами, обеспечивающими параллельную работу генераторов во всех режимах эксплуатации ДЭГУ.

§ 45. ГЭУ переменного тока с асинхронным гребным электродвигателем с фазным ротором

Гребные электрические установки с асинхронными электро' двигателями с фазными роторами обладают более высокими ма невренными качествами по сравнению с другими ГЭУ перемен ного тока.

Принципиальная схема ГЭУ переменного тока с асинхронным электродвигателем с фазным ротором представлена на рис. 81. Схема включает в себя приводной двигатель ПД, синхронный генератор Г, гребной электродвигатель Д, реверсивный переклю-

164

Рис. 80. Схема главного тока ДЭГУ переменного тока.

чатель	РП, реостат /?р е г и	возбудительный агрегат,	состоящий
из генератора постоянного		тока — возбудителя В и	его привод
ного	двигателя — короткозамкнутого асинхронного		электродви
гателя	АД.

Возбудительный агрегат предназначен для питания обмотки возбуждения генератора. Приводной двигатель возбудителя включается в общесудовую сеть переменного тока. Навешивание возбудителя на приводной двигатель генератора обычно не при меняется из-за необходимости изменения угловой скорости гене раторов.

Рис. 81. Принципиальная

схема ГЭУ

переменного тока

асинхронным

гребным

электродвигателем с

фазным

ро

тором.

Как всякий электродвигатель переменного тока, асинхронный

двигатель

фазным

ротором состоит

из

статора

и ротора.

На

статоре

размещается

трехфазная

обмотка,

соединяемая

треугольник

или

звезду

и подключаемая

генератору

через

шины электродвижения.

Особенностью

двигателя

является наличие

трехфазной

об

мотки на роторе, каждая фаза которой выведена на контактное


кольцо.		Посредством			трех	контактных		колец,	установленных
на	валу	ротора, и			скользящих		контактов — щеток			трехфазная
обмотка		ротора		выведена на регулируемый трехфазный							реостат
і? р е г . Наличие				реостата в		цепи	ротора	асинхронного			электро
двигателя		позволяет в определенных пределах осуществлять
плавное		регулирование угловой скорости гребного вала.
	При включении обмотки статора трехфазного асинхронного
двигателя		на	напряжение			трехфазного		синхронного		генератора
в	статоре двигателя				возникает		магнитный поток,		вращающийся
с синхронной			угловой		скоростью ©о, рад/с,			равной

где / — частота тока генератора; р — число пар полюсов обмотки статора двигателя.

При измерении частоты вращения магнитного потока в обо-

166

ротах в минуту	синхронная скорость щ потока определяется
уравнением	6 Q ,
	"0 = — - •
	Р

Вращающееся магнитное поле статора, пересекая обмотку ро тора, наводит в ней э. д. с, а так как эта обмотка замкнута через контактные кольца на сопротивление реостата, то по ней потечет ток. Ток обмотки ротора, взаимодействуя с вращающимся маг нитным потоком статора, образует вращающий момент ротора, вызывающий вращение ротора двигателя.

Очевидно, что угловая скорость асинхронной машины, рабо тающей в двигательном режиме, будет всегда ниже синхронной скорости, т. е. ниже угловой скорости магнитного поля статора, так как непременным условием возникновения вращающего мо мента является пересечение обмотки ротора магнитным потоком статора. В связи с этим важной характеристикой асинхронного двигателя является его скольжение s, равное в относительных единицах

s = —

или в процентах

	s	= —	і и и и / о ,
где	со — угловая скорость	асинхронного		электродвигателя.
В номинальном режиме работы асинхронного					электродвига
теля	его скольжение составляет		3—5%.	Введение	сопротивления
в цепь ротора увеличивает скольжение				и, следовательно, умень
шает угловую скорость двигателя, так как

Û) •= COQ ( 1 —s).

Важнейшей характеристикой асинхронного двигателя является его механическая характеристика — зависимость вращающего момента двигателя M от угловой скорости или от скольжения, т.е. характеристика M = f (со) или M = f(s). Эта характеристика может быть построена по упрощенной формуле Клосса

					M :	2М„1 кр
					s Kp		S
где	AfK p	и	sK p — максимальный			момент		асинхронного		электро
двигателя			и	соответствующее		ему	скольжение.		Величина Мкр
определяет			перегрузочную способность					двигателя по		моменту,
поэтому		МК р		носит	название к р и т и ч е с к о г о				или	о п р о к и
д ы в а ю щ е г о м о м е н т а , a sK p — к р и т и ч е с к о г о										с к о л ь
ж е н и я .		Для		гребных асинхронных			электродвигателей			величина
критического момента					равна
					М к р = ( 1 , 7 - 1 , 8 ) М Н 0 М ,
где	Мном—номинальный момент двигателя.

167

jSKP1

SKPZ

Критическое скольжение выражается через номинальное скольжение sK p и критический вращающий момент:

= s \км

+ Vil

— 1

кр

ном I M

где

Км — перегрузочная

способность

двигателя

по

моменту,

равная

м — ~г.

•

Мном

На рис. 82 приведены механические характеристики

асинхрон

ного

гребного

электродвигателя

фазным ротором

при

различ

ных

сопротивлениях

цепи

ротора.

Как видно из этого рисунка, увеличе

ние сопротивления

ротора увеличивает

наклон

механической

характеристики

и критическое скольжение и снижает

\^T\^T"

значение

угловой

скорости

двигателя

при

одном

и том

же

значении вра

щающего

момента.

\0 Mном

Рис. 82. Механические характе ристики гребного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

Вращающий момент Ма двигателя при включении статора и при угловой

скорости, равной нулю (<а = 0;			s = l ) ,
называется	п у с к о в ы м	или	н а
ч а л ь н ы м	м о м е н т о м .	Его	вели

чина при выведенном реостате в цепи ротора, т. е. при работе двигателя на

естественной механической			характе
ристике,	составляет	(1 — 1,8)ѴИІЮМ.
Введение	сопротивления в		цепь ро
тора увеличивает пусковой		момент дви
гателя.

Помимо использования реостата в цепи ротора возможны еще два способа регулирования угловой скорости гребного асинхрон ного электродвигателя с фазным ротором: 1) изменением числа

пар полюсов обмоток статора и ротора и 2)		изменением	частоты
напряжения, подводимого	к двигателю. Эти	способы	вытекают
из рассмотрения уравнения	угловой скорости	двигателя:

<в = ю0 (1—s) = ^ - ( l — s ) .

Первый из указанных способов практически не применяется, так как требует использования более дорогого и тяжелого греб ного двигателя специальной конструкции, имеющего несколько обмоток с различным числом пар) полюсов или одну обмотку, до пускающую переключение числа пар полюсов статора и ротора. Кроме того, регулирование получается ступенчатым с небольшим количеством ступеней (две — три).

168

Второй способ требует изменения угловой	скорости генера
тора, т. е. приводного двигателя, так как частота	тока генератора
зависит от его угловой скорости:
МгРг
2л

где иг , рг — угловая скорость и число пар полюсов синхронного генератора.

На рис. 83,а показаны механические характеристики гребного асинхронного электродвигателя при изменении частоты питаю щего напряжения. Как видно, этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости, диапазон которого зависит от диапазона регулирования угловой скорости приводного двигателя синхрон-

Рис. 83. Механические характеристики асинхронного электро двигателя при изменении частоты (а) и напряжения (б).

ного генератора. Необходимость регулирования угловой ско рости приводного двигателя намного снижает достоинства рас сматриваемого способа регулирования угловой скорости гребного

электродвигателя. Регулирование	частотой применяется обычно
при пусках и реверсах гребного	электродвигателя.

Большое влияние на электромеханические свойства гребного асинхронного электродвигателя оказывает величина подводимого к двигателю напряжения. Изменение ее очень мало влияет на уг ловую скорость двигателя, так как синхронная угловая скорость поля от напряжения не зависит. Однако напряжение оказывает большое влияние на величину вращающего момента двигателя: вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения. На рис. 83,6 представлены механические характеристики гребного асинхронного электродви гателя при различных значениях подводимого напряжения.

Зависимость вращающего момента асинхронного гребного

электродвигателя	от напряжения широко		используется	для фор
сирования реверса ГЭУ и реверса судна.
Принципиально	для	реверсирования асинхронного			гребного
электродвигателя	достаточно переключить		две фазы его		статора
с помощью реверсивного		переключателя.	В этом случае		направ-

169

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 2217 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ