5.4 Гэу переменного тока

5.4.1 Особенности работы и схемы главного тока ГЭУ

Г ЭУ переменного тока имеет выше КПД, чем при постоянном токе. Но регулирование скорости ГЭД требует изменения скорости ДГ или ПЧ, а реверсирование требует переключения фаз цепи главного тока, что требует снятия возбуждения, то есть маневрирование сложнее. После появления активных рулей, подруливающих устройств, поворотных винтовых колонок, обеспечивающих маневрирование, применение ГЭУ переменного тока расширилось.

Применение более высокого напряжения уменьшает потери, массу и габариты установки. Отсутствие коллекторов позволяет увеличить скорость ТЭГУ. Они, как правило, мощнее ДЭГУ. Частота вращения турбины, как правило, 3000об/мин, что обуславливает применение неявнополюсных СГ. Паровые турбины позволяют регулировать обороты от 100 до 25%. Турбины и генераторы большой мощности имеют более высокий КПД и меньшую удельную массу. Поэтому их число выбирают, как правило, равным числу винтов. Цепи возбуждения питают от отдельных возбудителей.

На схеме (рисунок 5.16) главного тока ТЭГУ: П – реверсивный переключатель. В схеме 2-х вальных ТЭГУ применяют электромагнитную блокировку, предупреждающую включение генераторов на параллельную работу.

При отключенных выключателях цепи катушек электромагнитных защёлок замкнуты (рисунок 5.17), и кулачковые диски допускают включение любого из 3 выключателей. При включении выключателя 1 или 2 размыкается цепь электромагнита защёлки выключателя 3, что делает возможным работу каждого генератора только на свой ГЭД.

Если в начале включить 3, то потом можно включать либо 1 либо 2 и оба ГЭД будут питаться от одного генератора.

5.4.2 ДЭГУ

С целью уменьшения массы и габаритов в ДЭГУ используют быстроходные дизели, которые имеют ограниченную мощность и обычно несколько ДГ работают параллельно на один ГЭД. Частота вращения обычно не превышает 1000 об/мин, что обуславливает применение в ДЭГУ синхронных генераторов с явно выраженными полюсами, ДГ питающие один ГЭД обычно имеют общий возбудитель. Генераторы работающие на один ГЭД (вал) включаются параллельно. Иногда на параллельную работу включают генераторы установки правого и левого бортов для чего применяют метод грубой синхронизации через реактор .

ГЭД имеет свой возбудитель.

Некоторые схемы ГЭУ предусматривают возможность переключения генераторов для работы на судовую сеть.

5.4.3 Параллельная работа синхронных генераторов

В ГЭУ переменного тока для включения на параллельную работу СГ применяют точную синхронизацию, а чаще самосинхронизацию и грубую синхронизацию, как вручную, так и автоматически.

Точная синхронизация СГ требует:

а) ;

б) ;

в) совпадение по фазе и .

г) одинаковое чередование фаз – при монтаже;

д) одинаковая форма кривой U при изготовлении.

Выполнение пункта «а» обеспечивает регулированием тока возбуждения СГ и контролируется вольтметром. Пункты «б» и «в» осуществляются регулированием скорости подключаемого дизель генератора, и проверяется частотомером и синхроноскопом.

Включение СГ при несоблюдении этих требований вызывает появление в цепи больших опасных токов.

5.4.3.1 Самосинхронизация

Разгоняют невозбужденный СГ до скорости на отличающейся от синхронной. Обмотка возбуждения во избежание перенапряжений замыкается на разрядное сопротивление, а после включения статора на сеть сразу же переключается на питание от источника постоянного тока.

Преимущества:

а) простота выполнения, исключающая ошибки;

б) быстрота синхронизации;

в) возможность синхронизации при изменяющихся частоте и напряжении.

Включенный в сеть невозбуждённый СГ представляет собой асинхронную машину со скольжением «S», абсолютная величина которого уменьшается под действием асинхронного момента. Если скорость синхронизируемого генератора больше скорости работающих, то он оказывается в режиме асинхронного генератора и развивает момент, затормаживающий дизель до синхронной скорости. Если же скорость меньше, то он оказывается в режиме асинхронного двигателя и развивает вращающий момент, ускоряющий дизель до синхронной скорости.

Способом самосинхронизации можно подключать только невозбуждённые (не несущие нагрузку генераторы). Для включения на параллельную работу генераторов, работающих под нагрузкой, применяют часто метод грубой синхронизации, которая производится при приближенном соблюдении условий точной синхронизации. Такое включение всегда сопровождается толчком тока. Для смягчения этого толчка включение проводят через реактор, который затем шунтируется. Этот метод занимает меньше времени, чем точная синхронизация и не требует высокой квалификации персонала. Недостаток наличие громоздких реакторов.

5.4.3.2 Распределение нагрузки между СГ

При параллельной работе СГ активная и реактивная нагрузки должны распределятся пропорционально их мощностям, а при одинаковых мощностях – поровну. Следовательно, СГ должны работать с одинаковым , в противном случае между ними потекут уравнительные токи, разогревающие обмотки машин.

Р аспределение активных нагрузок обеспечивается регуляторами скорости первичных двигателей, а распределение реактивных нагрузок – автоматическими регуляторами напряжения генераторов

Во время перевода нагрузки с одного СГ на другой напряжение на шинах и частоту тока сети необходимо сохранять постоянными, для чего следует увеличить подачу топлива и ток возбуждения нагружаемого генератора, соответственно уменьшив эти величины у разгружаемого ДГ.

Необходимо, чтобы при изменении нагрузки на винте СГ оставались загружёнными поровну. Для этого необходимо, чтобы регуляторы дизелей имели одинаковые характеристики, что как правило, не бывает.

Значительно легче синхронизация вращения поддерживается самими СГ.

Момент сопротивления, создаваемый СГ на валу дизеля определяется электромагнитной мощностью, передаваемой через воздушный зазор от ротора к статору. Для неявнополюсного СГ:

, (5.13)

,

,

,

,

(5.14)

- в переходный период при , .

До 90º статическая устойчивость, после 90º не устойчиво.

При 30º

Sin 30º=0.5

При резком снижении U генератор с характеристикой 1 перейдёт на характеристику 2 с меньше дизеля, ротор, ускоряясь, перейдёт в точку «С» и по инерции далее. В точке «Д» < Р и ротор будет затормаживаться. Для явнополюсного СГ:

, (5.15)

где Xd и Xq – индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям;

m – число фаз.

Электромагнитный момент сопротивления

. (5.16)

Вторые слагаемые называют реактивными мощностью и моментом (у неявнополюсных СГ где Xd=Xq они равны 0) и являются синусоидальной функцией угла . Если пренебречь реактивными составляющими, которые малы, то угловые характеристики и примут вид:

1. Электромагнитные мощность и момент.

2. Удельные синхронизирующие мощность и момент.

При случайном замедлении или ускорении ротора любого из параллельно работающих СГ, на его валу помимо электромагнитной мощности и момента возникают дополнительные мощность и момент, которые называются синхронизирующими и определяют избыток или недостаток мощности и момента СГ по сравнению с соответствующими величинами первичного двигателя.

Синхронизирующий момент в пределе Δ :

,

.

Величина характеризует изменение вращающего момента с изменением и называют удельным синхронизирующим моментом.

Аналогично удельная синхронизирующая мощность и полная синхронизирующая мощность в пределах Δ :

Синхронизирующая мощность Δ при замедлении ротора СГ вызывает его ускорение, а при ускорении ротора его замедление и таким образом поддерживает устойчивую синхронную скорость машин при изменении угла в пределах

. . (5.17)

наибольший при и при , таким образом, СГ наиболее устойчив при малых углах , соответствующим малым нагрузкам ДГ.