14.4 Гэу океанографического судна "Аранда"

Океанографическое судно "Аранда" финской постройки имеет дизель-электрическую гребную установку переменного тока. На судне установлен кормовой ГЭД переменного тока (синхрон­ный двигатель), который питается от тиристорного преобразова­теля скорости с непосредственной связью (циклоконвертор). Частота тока, подаваемого к ГЭД от циклоконвертора, плавно регулируется в диапазоне 0 -г 15 Гц. Скорость вращения ГЭД можно регулировать в диапазоне от 0 до 18,8 рад/с (180 об/мин). Мощность ГЭД устанавливается свободно, даже более 10 МВт рис. 14.4

Д ополнительно на судне имеются три электропривода постоянного тока с тиристорным управлением, в том числе один ЭД для носового гребного механизма и два ЭД подруливающих устройств. Носовой ГЭД постоянного тока, мощностью 630 кВт, на­пряжением 450 В, током 1500 А, скоростью вращения 0ч 29,3рад/с (0 280 об/мин). Его система управления работает по принципу регулирования по мощности. Два ЭД подруливающих устройств [215 кВт, 440 В, 557 А, 0 ч- 150,5 рад/с (0 1400об/мин)], их система управления работает по принципу регулирования скорости (по якорному напряжению).

Циклоконвертор состоит из трех встречно-параллельно включенных трехфазных тиристорных мостов. Каждый половинный мост формирует полупериод выходного напряжения. Управляющее напряжение тиристорных мостов имеет синусоидальную форму и формируется с помощью микро-ЭВМ. При подаче нагрузки циклоконвертор имеет coscp близкий к единице во всем рабочем диапазоне. На стороне сети изменяется в зависимости от требуемого двигателем напряжения в диапазоне от 0,7 до 1,0. Питающее напряжение циклоконвертора - 400 В при частоте 50 Гц, напряжение на выходе 0 340 В при частоте 15Гц, выходной ток - 2000 А.

Для управления системой "циклоконвертор - синхронный электродвигатель" применяется векторная система управления, в которой управляющим элементом является сам двигатель. Действует она с использованием микро-ЭВМ.

Развиваемый электродвигателем момент в векторном выражении

,

где I - вектор тока; - вектор потока воздушного зазора электродвигателя.

Оптимальное регулирование происходит в тех случаях, когда вектор I перпендикулярен вектору . Установленный на роторе указатель положения дает непрерывную информацию о положении ротора для микро-ЭВМ в цифровой форме. На микро-ЭВМ вычисляются заданные значения выходного тока циклоконвертера, при этом используется модель ЭД, запрограммированная ЭВМ. Оптимальный результат достигается с точностью до 02,0% во всем рабочем диапазоне двигателя. Электродвигатель работает при =1, что обеспечивается при оптимальном результате управления.

Общий коэффициент нелинейных искажений, вызываемых циклоконвертером,(11 12%) меньше, чем коэффициент нелинейных искажений у обычного преобразователя постоянного тока (18 22%).

14.5 Сравнительный анализ схем управления гэу

В настоящее время на судах получили широкое распространение различные варианты систем электродвижения на переменном токе, с тиристорными преобразователями частоты, а также выполненные на основе применения машинно-вентильных каскадов.

В ГЭУ с синхронным турбогенератором и асинхронным ГЭД, управляемой по схеме вентильного каскада или машины двойного питания, изменение скорости вращения гребного электродвигателя происходит с помощью преобразователя частоты в цепи ротора ЭД, а реверсирование - с помощью контактного или бесконтактного реверсора в цепи статора. Применяются гребные электроустановки с двойным машинно-вентильным каскадом, состоящим из двух асинхронных ЭД и преобразователя частоты. Обмотка статора первого ЭД питается от генераторов. Обмотки роторов соединены последовательно, обмотка статора второго ЭД соединена с ПЧ.

В ГЭУ с синхронным турбогенератором, ТПЧ и синхронным или асинхронным ГЭД регулирование скорости вращения и реверсирование двигателя осуществляется с помощью преобразователя. Величины напряжения ГЭД и генератора выбираются независимо друг от друга (для ТГ 100-200 Гц, для ГЭД 15-25 Гц). Возможно использование как НПЧ, так и ПЧ со звеном постоянного тока, в которых применяется импульсное и широтно-импульсное регулирование в цепи постоянного и переменного тока, импульсно-фазовое управление напряжением полупроводниковых вентилей.

Имеются схемы электродвижения, которые выполнены с применением НПЧ с эквивалентными двенадцатифазными схемами обмоток СГ и ГЭД. Современные тиристоры позволяют создать ПЧ мощностью до 20000 кВт. Управляемые выпрямите­ли используются и для возбуждения генераторов и ЭД, обеспе­чивая быстрое нарастание и гашение электромагнитного поля машин.

В гребных электрических установках с преобразователями частоты количество турбогенераторов не зависит от количества ГЭД. Синхронные генераторы могут работать на общие шины или на две системы шин для обеспечения большей надежности установки. В ГЭУ переменного тока возможно осуществление отбора мощности от главных генераторов для питания общесудовых потребителей. Все параметры ГЭД регулируются с применением преобразователя частоты.

На основании сравнительного анализа систем управления гребных электрических установок современных судов различного назначения можно заключить, что наиболее распространенными системами автоматического управления, несмотря на их большое разнообразие, являются системы, действующие по принципу отклонения регулируемой величины. При этом контуры регулирования скорости вращения ГЭД, тока возбуждения и тока нагрузки главных генераторов действуют независимо друг от друга и связаны через объект управления в динамических режимах их работы. Это характерно для схем управления ГЭУ ледоколов и паромов как отечественной, так и иностранной постройки.

Получили дальнейшее развитие ГЭУ с подчиненным и векторным управлением, обеспечивающие эффективное функционирование специальных электроприводов в условиях частоты изменений режимов их работы и требований изменения параметров электрических машин в широких пределах.

В системах управления гребных электроустановок рассматриваемых судов имеются отдельные контуры управления различными электрическими параметрами. Связь между контурами в системах, работающих по принципу отклонения, не используется. Это характерно для большинства схем управления ГЭУ. Между тем использование этих связей, действующих в переход­ных процессах, повысит эффективность функционирования схем управления электродвижения, позволит получить оптимальные параметры переходных процессов, повысит качество управления ГЭД в динамических режимах.