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

ление вращения магнитного поля статора изменяется на противо­ положное и двигатель реверсируется.

ного переключателя необходимо снять возбуждение синхронного генератора, чтобы переключение цепи главного тока осуществля­ лось без напряжения. Это позволяет намного упростить конструк­

с номинальной угловой скоростью и развивает номинальный вра­

венно за реверсированием электродвигателя режим работы ГЭУ

словлено движением судна вперед по инерции, будет вращать асинхронный двигатель в том же направлении вращения, в каком он вращался до переключения. В этом случае ротор двигателя вращается в направлении, противоположном направлению вра­ щения магнитного поля статора, т. е. двигатель переходит в гене­

будет вращаться со скоростью, составляющей около 73% номи­ нальной.

170

мента двигателя при большом скольжении объясняется сле­ дующим.

ях не сможет не только реверсировать гребной винт, но даже затор­ мозить его, и время реверса недопустимо затянется.

Необходимо принимать эффективные меры по значительному увеличению момента асинхронного двигателя в период реверсиро­ вания судна. Возможны три способа приведения вращающего мо­

ным использованием всех трех указанных способов. В результате

171

чатель, в цепь ротора двигателя вводится сопротивление, увели­

ную сторону. Характеристика двигателя принимает форму кривой Mi, а реверсивная характеристика винта — кривой Мв . рі-

Обладая относительно высокими маневренными качествами,

при перегрузках. В результате при одинаковой мощности на греб­ ном валу для питания асинхронного двигателя потребуется гене­ ратор более мощный, чем для питания синхронного двигателя. Наличие пусковых и регулировочных сопротивлений также увели­ чивает массу и стоимость ГЭУ в целом, а наличие контактных ко­ лец на роторе снижает надежность установки. Эксплуатация ГЭУ с асинхронными двигателями с фазным ротором, в частности при осуществлении частых реверсов, связана с необходимостью в строгой последовательности манипулировать частотой и напря­ жением генераторов и сопротивлениями в цепи ротора гребного электродвигателя.

Отмеченные недостатки в большой мере ограничивают область применения ГЭУ переменного тока с асинхронными гребными электродвигателями с фазным ротором.

§ 46. ГЭУ переменного тока с асинхронными короткозамкнутыми гребными электродвигателями

Как было отмечено в предыдущем параграфе, одним из су­ щественных недостатков ГЭУ с асинхронным гребным электро­ двигателем с фазным ротором является наличие громоздких пускорегулировочных сопротивлений и подвижных контактных соединений в цепи ротора двигателя. Этот недостаток может быть устранен путем использования в качестве гребного двигателя короткозамкнутого асинхронного электродвигателя. Такой элект­ родвигатель характеризуется максимально простой конструкцией и высокой надежностью. Однако пускорегулировочные свойства короткозамкнутого асинхронного электродвигателя хуже, чем

172

имеет всего одну механическую характеристику. Поэтому единст­ венным способом плавного регулирования угловой скорости короткозамкнутого асинхронного гребного электродвигателя оказы­ вается изменение частоты напряжения, подводимого к двигателю.

На рис. 86 представлено два варианта принципиальной

Рис. 86. ГЭУ с асинхронным короткозамкнутый греб­ ным электродвигателем, имеющим частотное управление.

схемы ТЭГУ с асинхронным короткозамкнутый гребным элект­ родвигателем с частотным управлением. Общими элементами для обоих вариантов являются турбина Т, снабженная регулятором угловой скорости РТ, синхронный генератор СГ, гребной электро­

рости турбогенератора. Сигнал управления по частоте К/ посту­ пает на регулятор скорости турбины. Возбуждение синхронного

173

pax. В этой схеме сигнал управления по частоте Kf подается на систему управления преобразователем частоты.

Во втором варианте схемы не требуется широкого диапазона изменения угловой скорости турбогенератора, поэтому питание цепи возбуждения СГ можно обеспечить с помощью системы самовозбуждения ССВ так же, как это делается на синхронных генераторах общесудовых электростанций.

Помимо управления по частоте в ГЭУ предусматривается управление по напряжению, подводимому к ГЭД. Сигнал управ­ ления по напряжению в первом варианте схемы поступает на ре­

необходимо потому, что для обеспечения нужных значений

хронного электродвигателя изменением частоты напряжения,

лировании угловой скорости асинхронного ГЭД изменением ча­ стоты определится так:

174

Однако СПЧ в схеме на рис. 86, б является весьма сложным звеном, снижающим надежность ГЭУ, искажающим форму напря­ жения питания ГЭД, что ухудшает электромеханические свойства двигателя.

Кроме того, в схеме, приведенной на рис. 86,6, условия проте­ кания переходных процессов хуже. В частности, при реверсирова­ нии необходимо ограничивать ток статора по условиям перегрузоч­ ной способности диодов СПЧ.

Пусковые качества ГЭУ с короткозамкнутым электродвигате­ лем можно улучшить, применяя в качестве ГЭД асинхронные короткозамкнутые электродвигатели специальной конструкции, на­ пример глубокопазные или двухклеточные.

Глубокопазный короткозамкнутый асинхронный электродвига­ тель отличается от обычного специальной конструкцией пазов ро­ тора и стержней роторной обмотки, обеспечивающей при больших скольжениях вытеснение тока к верхней части стержней. Вследст­ вие этого при пуске ток ротора распределяется в основном в верх­ ней части стержней, распространяясь по всему сечению по мере разгона электродвигателя. Это явление по своему влиянию на электромеханические свойства двигателя аналогично управлению пуском с помощью изменения сопротивления в цепи ротора путем увеличения сопротивления в начальной стадии пуска и уменьшения сопротивления по мере разгона.

Указанная особенность глубокопазного ГЭД обеспечивает ему относительно небольшой ток при относительно большом пусковом моменте, т. е. лучшие пусковые характеристики, чем у обычного короткозамкнутого асинхронного электродвигателя.

Явление вытеснения тока в обмотке ротора для улучшения пусковых свойств используется также в асинхронном двухклеточном короткозамкнутом электродвигателе, ранее применявшемся в отдельных ГЭУ. Однако как глубокопазные, так и двухклеточ­ ные электродвигатели дороже и сложнее обычных короткозамкнутых. Поэтому применение глубокопазного ГЭД ограничено, а двух­ клеточные гребные электродвигатели в современных ГЭУ вообще не применяются.

В качестве гребных электродвигателей находят также примене­ ние полюсопереключаемые короткозамкнутые асинхронные электро­ двигатели, в которых может быть обеспечено ступенчатое регули­ рование угловой скорости путем переключения обмотки статора на различное число пар полюсов. Такая возможность упоминалась для

того регулирования скорости двигателя. Следует, однако, подчерк­ нуть, что полюсопереключаемые короткозамкнутые синхронные ГЭД могут обеспечить лишь ограниченное число скоростей при определенном моменте сопротивления на гребном валу.

175

§ 47. ГЭУ переменного тока с синхронными гребными электродвигателями

Синхронные электродвигатели являются наиболее распростра­ ненным типом гребных двигателей в ГЭУ переменного тока. Это объясняется рядом существенных преимуществ синхронных греб­ ных двигателей, таких, как более высокий к. п. д., достигающий 97,5%, т. е. на 3—5% выше, чем у асинхронных, меньшие масса и стоимость, работа в номинальных режимах при cos ср = 1. Большие воздушные зазоры синхронных двигателей, в несколько раз превы-

Рис. 87. ГЭУ переменного тока с синхронным гребным электродвигателем.

шающие воздушные зазоры асинхронных электродвигателей, облег­ чают условия эксплуатации и ремонта подшипников ротора.

На рис. 87 представлена принципиальная схема ГЭУ перемен­ ного тока с синхронным гребным электродвигателем. Для питания цепей возбуждения синхронного генератора Г и синхронного греб­ ного электродвигателя Д предусматривается возбудительный агре­

ГЭУ переменного тока недопустимо, так как синхронный генератор может работать с переменными угловыми скоростями для регули­ рования частоты тока в ГЭУ.

176

Помимо обмотки возбуждения, питаемой постояннымтоком or возбудителя, синхронные гребные электродвигатели имеют короткозамкнутую пусковую обмотку, выполненную в виде беличьего колеса из медных или латунных стержней, замкнутых на кольцевые сег­ менты.

В период пуска гребного синхронного электродвигателя его об­ мотка возбуждения отключается от возбудителя — контакт К1 разомкнут. Вращающий момент в двигателе в период пуска обус­ ловливается только пусковой обмоткой. Вследствие этого явления, протекающие при включении гребного синхронного двигателя на

электродвигателя, рассмотренными в предыдущем параграфе. Ме­

Рассмотренный способ пуска гребного синхронного электро­ двигателя носит название а с и н х р о н н о г о п у с к а с и н х р о н - н о г о д в и г а т е л я .

После того как в процессе разгона с помощью пусковой обмотки синхронный двигатель достигнет угловой скорости, составляющей около 95% номинальной и носящей название подсинхронной скоро­ сти, контакт К1 (см. рис. 87) замыкается и обмотка возбуждения подключается на напряжение возбудителя. Магнитный поток об­

с какой вращается магнитное поле статора, т. е. с синхронной ско­ ростью. На этом пуск гребного синхронного двигателя заканчива­ ется.

На период пуска, когда гребной синхронный электродвигатель развивает вращающий момент только благодаря работе пусковой обмотки, обмотка возбуждения двигателя отключается контактом К1 от возбудителя, а контактом К2 включается на разрядное соп­ ротивление R. В противном случае при больших скольжениях, т. е. при малых угловых скоростях ротора, в обмотке возбуждения дви­ гателя будет наводиться недопустимо большое напряжение, опас­ ное для изоляции.

Так как по окончании процесса пуска ротор синхронного двига­

вен нулю. По окончании процесса пуска вращающий момент греб­ ного синхронного электродвигателя обеспечивается только взаимо­ действием потока возбуждения ротора и магнитного потока ста­ тора.

Для выяснения характера изменения вращающего момента син­ хронного двигателя при работе его с синхронной скоростью обра-

ІѴг? В. С. Михайлов, К. А. Чскунов

тимся к упрощенной векторной диаграмме синхронного двигателя

противлениях статора;

Ѳ— угол между вектором э. д. с. — Е и вектором напряже­ ния U;

Ф — угол между вектором напряжения U и вектором тока /.

Рис. 88. Векторная диаграмма синхронного двигателя.

Поскольку активное сопротивление статора невелико, то паде­ нием напряжения в нем можно пренебречь, полагая IRC ~ 0. В та­ ком случае векторная диаграмма примет вид, представленный на рис. 88, б. Из диаграммы вытекает равенство

этого можно записать

U cos ф = £ — sin Ѳ.

/

Потребляемая мощность трехфазного синхронного двигателя, выра­ женная через подводимое напряжение U и ток двигателя /, равна (в ваттах)

Р --=1/3(7/cos ф.

178

С учетом написанных выше соотношений получаем

Р-. = ѴЗЕІ.Л sin Ѳ.

Сдругой стороны, мощность, выраженная через электромагнитный момент, развиваемый синхронным двигателем, и синхронную ско­ рость too, равна (в ваттах)

а)

векторных диаграмм, приведенных на рис. 88. Зависимость вра­ щающего момента синхронного двигателя от угла нагрузки, т. е.

видно, что если ротор двигателя сместится относительно поля ста­ тора на угол более 90 эл. град, то его момент начнет убывать и двигатель выпадет из синхронизма. Максимальный момент, разви­ ваемый синхронным двигателем в синхронном режиме работы, на­ ступает при Ѳ = 90°.

179