14 Гэу современных судов и их системы управления
14.1 ГЭУ парома-ледокола типа "А. Коробицын"
Системы управления ГЭУ судов довольно разнообразны. Автомобильно - пассажирские ледокольные паромы типа "Андрей Коробицын" построены на судостроительном заводе им.А.А.Жданова в Санкт-Петербурге. В контур неизменного тока парома включены два гребных электродвигателя типа ПГ 178-8к (900 кВт), три главных генератора типа ГПМ 84/44-8-2 (760 кВт) и электродвигатель подруливающего устройства типа ПСГ 152-8к(370кВт).
Для приведения в действие главных машин служат два пяти-машинных возбудительных агрегата, каждый из которых состоит из трёх электромашинных усилителей типа ЭМУ-200 (для возбуждения ГЭД), одного электромашинного усилителя типа ЭМУ-400 (для возбуждения главных генераторов) и приводного электродвигателя.
Системы неизменного тока поддерживают постоянство тока в главной цепи гребной электрической установки с целью обеспечения независимого действия электродвигателей, питающихся от одних и тех же генераторов. Для этого главные генераторы, гребные электродвигатели и электродвигатели специальных механизмов (например, электродвигатели подруливающего устройства на паромах, электродвигатели грунтозаборных насосов на земснарядах и т.д.) соединены в один общий контур. При этом электродвигатели расположены на разных валах.
В гребных установках неизменного тока напряжение генератора распределяется между электродвигателями, находящимися на разных гребных валах, согласно уравнению (рассматривается случай с двумя электродвигателями):
.
При этом доля напряжения, приходящегося на каждый из якорей, зависит от момента сопротивления на валу электродвигателя и от его магнитного потока.
В системе неизменного тока генераторы имеют внешнюю характеристику, показанную на рисунке 5.10. Работа генератора характеризуется вертикальной частью зависимости.
П
ри
характеристике генератора подобного
вида регулирование скорости и реверс
электродвигателя осуществляются
изменением величины и направления его
магнитного потока. Управление скоростью
вращения электродвигателей в системе
неизменного тока производится путем
регулирования потока возбуждения ГЭД,
рисунок 5.11.
Автоматическая система неизменного тока парома представлена на рисунке 14.1. Для поддержания постоянства тока главной цепи используется статический регулятор тока, состоящий из звена сравнения ЗС и двухкаскадного усилителя, включающего в себя промежуточный однотактный магнитный усилитель ПМУ и электромашинный усилитель ВГГ. Регулятор тока создает падающие внешние характеристики генераторов для двух значений 1550 А и 500 А.
В
звене сравнения напряжение
,
пропорциональное току главной цепи,
сравнивается с эталонным напряжением
,
определяющим значение главного тока.
Величина эталонного напряжения меняется
с помощью резистора 39 СД в зависимости
от положения рукояток постов управления.
Разность напряжений
является выходным сигналом звена
сравнения. Этот сигнал усиливается
двухкаскадным усилителем до величины,
достаточной для управления возбуждением
генератора.
Магнитный усилитель является нелинейным звеном с характеристикой типа реле. Благодаря наличию в цепи регулятора тока элемента сравнения и нелинейного магнитного усилителя система неизменного тока работает с токовой отсечкой.
Трансформатор постоянного тока (ТПТ) с вспомогательным устройством измерения (ВУИ) является измерительным элементом звена сравнения. Он представляет собой дроссель насыщения, который подмагничивается шиной главной цепи, проходящей через окно магнитопровода трансформатора.
Отрицательная обратная связь (ООС2) служит для повышения устойчивости системы и точности поддержания величины тока главной цепи. Коэффициент усиления магнитного усилителя определяется соотношением активных сопротивлений дросселя и резистора, включенного в цепь обмотки обратной связи.
В статических режимах общее сопротивление дросселя определяется в основном его активным сопротивлением, при этом коэффициент усиления ПМУ наибольший. В переходном процессе общее сопротивление дросселя возрастает за счет увеличения его индуктивного сопротивления. Соотношение общих сопротивлений дросселя и резистора изменяется, что приводит к усилению токовой отрицательной обратной связи и, следовательно, к уменьшению коэффициента усиления магнитного усилителя в переходном процессе и повышению устойчивости всей системы.
Гибкие обратные связи (ООС/ и ООСЗ), создаваемые с помощью стабилизирующих трансформаторов напряжения (СТН) и тока (СТТ), служат для стабилизации системы и улучшения качества переходного процесса.
Обмотка
смещения возбудителя генераторов
необходима для согласования характеристик
возбудителя и усилителя ПМУ.
Дифференциальные; обмотки ДОВД служат
для формирования механической
характеристики электродвигателя. С их
помощью осуществляется отрицательная
обратная связь с отсечкой по скорости
вращения ГЗД. Они включены на напряжение
тахогенератора (ТГ) последовательно со
стабилитроном (СТ).
На полном ходу
превышает значения напряжения стабилизации
.
При этом через задающие обмотки
возбудителя двигателя (ЗОВД) протекают
токи, создающие размагничивающие
ампер-витки по сравнению с ампер-витками
задающих обмоток.
При
изменении нагрузки на гребном винте
изменяется скорость вращения
электродвигателя и, благодаря изменению
,
изменяется магнитный поток и, следовательно,
вращающий момент электродвигателя.
Мощность, потребляемая при этом
двигателем, остается примерно постоянной.
С
увеличением нагрузки на винте снижается
скорость вращения электродвигателя и,
следовательно, напряжение тахогенератора
.
Когда скорость вращения снизится
настолько, что напряжение
будет равно или меньше напряжения
,
стабилитрон практически перестанет
проводить ток и обратная связь по
скорости перестанет действовать (
).
Когда величина тока электродвигателя достигнет номинального значения, можно перейти от регулирования при примерно постоянной мощности к регулированию при примерно постоянном моменте.
Для создания вращающих моментов электродвигателей, достаточных для преодоления сопротивления гребных валов при страгивании судна с места, служит схема форсировки электродвигателей.
При скорости.электродвигателя, равной нулю магнитный усилитель БМР, работающий в релейном режиме, включает: реле форсировки РФД, которое своим контактом шунтирует сопротивление в цепи обмоток ЗОВД, благодаря чему подается полный магнитный поток, обеспечивающий форсировку пусковою момента электродвигателя. При достижении некоторых малых оборотов реле БМР отключает реле РФД.
Условия эксплуатации парома характеризуются стесненной акваторией плавания, а в зимний период затрудняется тем, что фарватер забит крупным и мелким льдом (шугой), который часто заклинивает гребной винт и замедляет разгон гребных электродвигателей. Учитывая это, применение гребной электрической установки неизменного тока является единственно правильным решением, т.к. она обеспечивает высокие маневренные качества, необходимые в указанных условиях плавания.
Но, как показывает опыт эксплуатации парома, гребная установка не лишена некоторых недостатков. При пуске и реверсах ГЭД наблюдаются большие колебания тока главной цепи (заброс до 1900 - 2000 А с последующим провалом до 900 - 1000 А при номинальном токе главной цепи 1460 А). В случае попадания льдин под винт наблюдаются броски тока главной цепи большие, чем при пусках и реверсах (до 2800 - 3200 А), что приводит к кратковременной перегрузке дизель-генераторов, а иногда к срабатыванию максимальной защиты и отключению всей установки. Дизель-генераторы при перегрузке несколько теряют свою скорость, что приводит к кратковременным провалам напряжения и частоты навешенных генераторов, несмотря на наличие у них регуляторов напряжения. Эти провалы оказывают влияние на скорость работающих судовых электроприводов. В статических режимах наблюдаются автоколебания тока главной цепи, обусловленные неудовлетворительной работой системы стабилизации тока