sb102058

Лампу следует заменять ранее, чем она прекратила свое действие, с одновременной заменой стартера лампы. Дуговые ртутные лампы при напряжении менее 68–83 % от номинального гаснут. Повторное загорание ламп после восстановления напряжения происходит с задержкой в 3–15 мин, из-за необходимости их охлаждения. Кратковременные изменения напряжения в сети вызывают резкое изменение светового потока источников света, повышают утомляемость зрения персонала, что может привести к ошибкам в работе.

При питании газоразрядных ламп от сети переменного тока частотой 50 Гц их световой поток пульсирует с частотой 100 раз в секунду. Пульсации вызывают повышенную утомляемость зрения и ухудшение общего состояния. В помещениях машинного отделения пульсации светового потока могут создавать стробоскопический эффект у вращающихся деталей оборудования.

Коэффициент пульсации освещенности, равный отношению разности максимальной и минимальной освещенности к удвоенной средней ее величине, составляет для люминесцентных ламп разного типа 25–55 %. Обеспечение необходимых условий освещения в помещениях достигается при помощи применения ламп разного типа и подключения светильников одного помещения не к одной, а к двум или трем фазам.

Обеспечение безопасного плавания судна во многом зависит от качества функционирования электротехнических средств судовождения и многочисленных систем управления, на работу которых влияет напряжение сети. Работоспособность этих приемников при изменениях напряжения обусловлена их назначением и особенностями.

В необходимых случаях в электрических схемах питания судовых приемников применяют собственные блоки питания со стабилизацией питающего напряжения.

2.3. Влияние изменений частоты на работу судового электрооборудования

Изменения частоты в сети возникают по причине изменения нагрузки в системе электроснабжения, из-за статизма характеристик регуляторов приводных двигателей генераторов и их нечувствительности. Различают длительные и кратковременные (периодические) изменения частоты. Рассматривая работу электропривода при неноминальной частоте, следует, прежде всего, иметь в виду три характеризующие его параметра: – частота вращения; S – мощность, потребляемая из сети; – температура обмоток.

23

Скорость вращения асинхронного двигателя n = 60 f (1 – S) / р зависит от частоты f, скольжения S и числа пар полюсов р.

Снижение частоты в электрической сети приводит к уменьшению частоты вращения и, соответственно, к снижению подачи Qп и напора Н нагнетателей. Для центробежных нагнетателей зависимость подачи и напора от частоты вычисляется согласно выражениям:

Qп f* Qп ном,

Н f* 2 Нном,

где Qп ном и Нном – соответственно номинальные значения подачи и напора;

f*– частота сети в относительных единицах.

При работе асинхронный двигатель потребляет активную Р и реактивную Q мощность. Полная (кажущаяся) мощность S определяет величину силы тока I и нагрев обмоток двигателя,

S Р2 Q2 3 U I.

Если коэффициент загрузки двигателя Кз 1, то двигатель обладает «тепловым запасом» и может продолжительное время работать при отклонении частоты. Следует иметь в виду, что у двигателей с самовентиляцией, за счет ухудшения теплоотвода при снижении частоты вращения возникает перегрев обмоток. В первую очередь, это относится к двигателям с постоянным моментом сопротивления на валу.

Сила тока I в катушке коммутационного аппарата, имеющей активное сопротивление R и индуктивное сопротивление:

ХL = 2 fL = Кf,

изменяется при изменении частоты питающего напряжения:

Отрицательные последствия работы аппаратов при отклонениях частоты сводятся к следующему:

f угроза перегрева;f угроза отключения.

Работа ламп накаливания, так же, как и электронагревателей, практически не зависит от частоты. Люминесцентные лампы реагируют на изменение частоты, так как в схемах их включения применяют реактивные элементы (дроссели, конденсаторы). Практика показывает, что перегорание люминес-

24

центных ламп может произойти в условиях понижения частоты (электроснабжение от валогенераторной установки или останавливающегося генераторного агрегата), т. е. в условиях, когда регулятор напряжения поддерживает постоянство напряжения в сети.

Вторичное напряжение трансформаторов остается практически постоянным, изменяясь на 1–2 % при изменении частоты на 10 %.

Повышение частоты на 10 % при неизменном напряжении приводит к росту реактивной мощности конденсатора на 30 %.

2.4. Влияние разности напряжений трехфазной сети на работу судового электрооборудования

В судовой трехфазной сети возможна неодинаковость (несимметрия) напряжений, когда линейные напряжения между разными фазами отличаются друг от друга. При преобладании в системе асинхронных двигателей величина несимметрии обычно находится в допустимых пределах, а при подключении к сети однофазных приемников – возрастает. В связи с изменением потребляемой мощности однофазных приемников величина несимметрии в течение суток непостоянна, изменяется она и при изменении режима работы судна. Основной причиной появления несимметрии напряжений является разница фазных токов нагрузки.

Неодинаковость напряжений оказывает заметное влияние на работу полупроводниковых преобразователей, так как в этом случае в работе системы управления преобразователей используются три неодинаковых напряжения.

При питании асинхронного двигателя от сети с несимметрией напряжений меняется электромагнитное поле машины, вращение его ротора становится неравномерным, в итоге изменяется момент двигателя, растет скольжение и температура обмоток. Согласно опытным данным, при величине несимметрии напряжений 2 % потери в двигателе возрастают на 8 %, а КПД снижается на 1 %; при несимметрии 3,5 % потери возрастают на 25 % а КПД снижается на 3 %.

Несимметрия токов в фазах приводит к усилению вибрации машины. Вибрация электических машин после монтажа на судне возрастает. Вибрация сокращает срок службы изоляции и подшипников. Правила эксплуатации береговых электрических станций и сетей не допускают длительной работы турбогенераторов с разницей токов фаз более 1 %.

25

Практическая оценка несимметрии напряжений в судовой сети представляет большую трудность из-за погрешности измерительных приборов. Если же небаланс напряжений можно обнаружить по показаниям вольтметра, то это означает, что величина его вышла за допустимый предел.

Так как причиной несимметрии напряжений в основном является разница токов фаз, то обнаружение расхождения токов фаз более, чем на 15 %, свидетельствует о необходимости принятия мер по выравниванию токов за счет переключения части однофазных приемников (сеть освещения) на другие фазы питающего напряжения.

2.5. Влияние несинусоидальности напряжения на работу судового электрооборудования

На судах широко распространены разного рода выпрямители, применяемые для питания электроприводов постоянного тока, в зарядных и сварочных устройствах, системах возбуждения генераторов, системах катодной защиты корпуса судна, валогенераторных установках и др.

На современных судах для регулирования частоты вращения двигателей нередко используют полупроводниковые преобразователи частоты. Выпрямители и преобразователи частоты в процессе работы нагружают источник питания несинусоидальным током. Коммутируемый ток Iк вызывает изменение напряжения источника питания, а поскольку коммутация происходит каждый полупериод питающего напряжения, изменения напряжения носят устойчивый характер и по сути изменяют форму питающего напряжения U

(рис. 2.3, б).

а б Рис. 2.3. Формирование искажений напряжения в судовой сети:

а– структура ГЭУ с полупроводниковым преобразователем частоты;

б– изменение напряжения источника питания

26

В результате при соизмеримой по мощности с генератором нагрузке М2 приемники М1 питаются напряжением, по форме существенно отличающимся от синусоиды.

2.6. Нормы показателей качества электроэнергии

Качество электроэнергии в судовой сети характеризуется нормами показателей качества согласно правилам Российского морского регистра судоходства. Основные нормы показателей качества электроэнергии в судовой сети приведены в табл. 2.1.

Примечание. Для оборудования, постоянно подключенного к аккумуляторной батарее, допустимое отклонение напряжения составляет + 30 ... – 20 %.

Основными показателями качества электроэнергии являются допустимые значения отклонения напряжения и частоты тока в установившихся и переходных режимах. К важным показателям качества электроэнергии следует отнести коэффициент искажения формы кривой напряжения, коэффициент несиметрии напряжения трехфазной судовой сети и коэффициент амплитудной модуляции напряжения.

27

3. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СУДОВЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

3.1. Виды систем возбуждения. Начальное самовозбуждение

Для получения напряжения на зажимах синхронного генератора необходимо создать в машине вращающееся магнитное поле. В генераторах, используемых на судах, наибольшее применение получили машины с полюсами на роторе, поле в которых создается обмотками полюсов, питаемыми постоянным током. Для питания обмотки возбуждения необходим источник постоянного напряжения, в качестве которого вначале применялась машина постоянного тока – возбудитель Е (рис. 3.1, а).

а

б

Рис. 3.1. Схемы возбуждения синхронного генератора: а – от возбудителя; б – с самовозбуждением

Возбудитель приводится во вращение от того же приводного движителя, что и генератор, через тот или иной вид передачи. Питание от возбудителя подается к обмотке возбуждения генератора через скользящий контакт в виде колец на роторе и примыкающих к ним щеток. Такой способ возбуждения, при котором используется машина постоянного тока, имеет существенные недостатки, присущие всякой машине постоянного тока, а именно: в про-

28

цесссе эксплуатации щетки и коллектор изнашиваются и требуют постоянного ухода. Образующаяся при этом угольная пыль загрязняет оборудование, снижает сопротивление изоляции и надежность агрегата.

Создание полупроводниковых приборов позволило создать генератор с самовозбуждением (рис. 3.1, б). Обмотка возбуждения синхронного генератора LG получает питание от выпрямителя V, который подключается через устройство Т к статорной обмотке генератора. Устройство Т обеспечивает получение необходимого напряжения для питания обмотки LG и поддерживает неизменным напряжение генератора при изменении тока нагрузки.

При запуске для генератора с самовозбуждением необходимо обеспечивать его начальное возбуждение, что выполняется за счет остаточного намагничивания стали полюсов ротора генератора.

Магнитный поток полюсов при вращении ротора создает на зажимах статора генератора напряжение Uост = (2 5) % Uном.

Под действием напряжения Uост в обмотке LG появляется ток, и если магнитодвижущая сила обмотки LG совпадает по знаку с полем остаточного намагничивания, то происходит рост напряжения статорной обмотки генератора до величины, соответствующей точке пересечения характеристики холостого хода синхронного генератора U = F1(iв) и вольтамперной характеристики iв = F2(U) цепи самовозбуждения (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Вольтамперная характеристика цепи возбуждения 2 и характеристики холостого хода генератора 1, 3

29

Возможны три случая. В первом случае характеристика холостого хода 1 располагается так, что рост тока возбуждения заканчивается в точке С, соответствующей номинальному напряжению.

Во втором случае характеристика цепи самовозбуждения 2 пересекается с характеристикой холостого хода 3 в точке А, и генератор будет работать с напряжением UА, которое существенно ниже номинального.

Втретьем случае магнитодвижущая сила обмотки LG размагничивает генератор полностью, и его напряжение становится равным нулю.

Вусловиях эксплуатации могут иметь место второй и третий случаи. Второй случай связан со значительным сопротивлением цепи самовозбуждения (в период запуска генератора), обусловленным нелинейным характером сопротивлений щеточного контакта и диодов в проводящем направлении.

При малом напряжении, приложенном к этим элементам, их сопротивление достигает заметных значений, что ограничивает рост тока возбуждения.

Также может наблюдаться и уменьшение значения Uост вследствие вли-

яния вибрации, высоких температур, размагничивающего действия тока статора. Заметим, что в условиях эксплуатации наблюдается совместное действие всех факторов.

Третий случай возникает при изменении полярности напряжения, подводимого к обмотке LG. Из-за повышенного износа отрицательного кольца рекомендуется периодически (через 1500 ч) менять его полярность, меняя местами провода, подводимые к щеткам. После этого генератор теряет способность к самовозбуждению.

Рис. 3.3. Способы обеспечения начального возбуждения синхронного генератора

30