- •Автоматизированные гребные электрические установки
- •Содержание
- •Введение
- •1. Гребные электрические установки (гэу)
- •1.1 Назначение и типы гэу
- •1.2 Сопротивление воды и воздуха движению судна
- •1.3 Судовые движители
- •1.4 Рабочие характеристики винта
- •1.5 Реверсивная характеристика винта
- •2 Выбор основных параметров гэу. Выбор типа гэу
- •2.1 Выбор рода тока, напряжения, частоты
- •3 Выбор числа и мощности гребных электродвигателей
- •3.1 Порядок расчета мощности на валу гребного электродвигателя
- •4 Выбор главных генераторов
- •4.1 Требования к качеству электроэнергии в гэу
- •4.2 Пример расчета мощности гэд и главных генераторов
- •5 Гребные электродвигатели, генераторы и вентильные преобразователи тока и частоты
- •5.1 Общие положения
- •5.2 Возбудители генераторов и гэд
- •5.3 Гэу постоянного тока
- •5.3.1 Структура гэу и схемы главного тока
- •5.3.4 Защита гэу постоянного тока
- •5.4 Гэу переменного тока
- •5.4.4 Типы гребных двигателей
- •5.4.5 Асинхронные синхронизируемые машины
- •5.4.6 Асинхронно-вентильный каскад (авк)
- •5.4.7 Электромеханический каскад
- •5.4.8 Электрические машины с водяным охлаждением
- •6 Новые источники электроэнергии
- •6.1 Магнитогидродинамические генераторы
- •6.2 Электрохимические генераторы (эхг)
- •6.3 Термоэлектрические генераторы (тэг)
- •7 Режимы работы гэу переменного тока. Работа одновальной тэгу
- •7.1 Режимы экономичного хода и аварийные режимы
- •8 Защита гэу переменного тока
- •8.1 Максимальная защита
- •8.2 Продольная дифференциальная защита
- •8.3 Защита обмотки возбуждения от замыкания на корпус
- •8.4 Защита гребных электродвигателей
- •9 Пуск и реверсирование гэд в гэу переменного тока
- •9.1 Пуск гэд
- •9.2 Реверсирование гэд
- •10 Гэу двойного рода тока
- •11 Единая судовая электростанция с гэу постоянного тока на управляемых вентилях
- •12 Гэу с гэд переменного тока со статическими преобразователями частоты
- •12.1 Двухзвенный полупроводниковый преобразователь частоты
- •12.2 Непосредственный полупроводниковый преобразователь частоты (нппч)
- •12.3 Есэ с повышенным переменным напряжением 800в и гэд постоянного тока
- •12.4 Снижение высших гармоник в судовой сети при применении управляемых выпрямителей и преобразователей частоты
- •13 Судовые схемы гэу переменного тока с есэ
- •14 Гэу современных судов и их системы управления
- •14.2 Гэу морских паромов типа "Сахалин"
- •14.4 Гэу океанографического судна "Аранда"
- •14.5 Сравнительный анализ схем управления гэу
- •14.6 Гэу промысловых судов
- •15 Вопросы эксплуатации гэу
- •16 Электробезопасность и пожаробезопасность гэу
- •17 Оптимизация эксплуатационных режимов гэу
- •17.1 Гэу как системы подчиненного управления
- •17.2 Способ подчиненного управления со связью регуляторов по нагрузке
- •17.3 Оптимизация параметров синтезированных регуляторов
- •18 Автоматическое управление гэу
- •18.1 Способ и средства управления
- •Список использованной литературы
- •Автоматизированные гребные электрические установки
- •98309 Г. Керчь, ул. Орджоникидзе, 82
5 Гребные электродвигатели, генераторы и вентильные преобразователи тока и частоты
5.1 Общие положения
Электромашины и аппаратура для ГЭУ либо создаётся специально, либо общепромышленного типа приспосабливается к судовым условиям. Исполнение машин, как правило, защищенное. ГЭД имеет обычно небольшую частоту вращения порядка 100-120об/мин, но в зависимости от конструкции судна, винта и его диаметра обороты могут достигать до 700об/мин. При больших оборотах электродвигатель соединяется с валом через редуктор. Вентиляция ГЭД осуществляется по замкнутому циклу с воздухоохладителем. Вентиляторы устанавливают, как правило, на корпусе ГЭД. Движители делают на двух стояковых подшипниках с принудительной смазкой и охлаждением. Станины и подшипники со стороны гребного вала заземляются для защиты от блуждающих токов, а с противоположной стороны изолируются.
ГЭД постоянного тока обычно двухякорные, и каждый якорь имеет самостоятельную систему охлаждения. Двухякорное исполнение уменьшает диаметр и момент инерции машины, повышает надёжность и даёт возможность получать большую мощность. Имеют изоляцию обмоток класса «В» с применением стекловолокнистых материалов во влагостойком исполнении. Снабжаются компенсационными обмотками.
Генераторы постоянного тока имеют частоту вращения 500-1000об/мин и защищенное исполнение с принудительной вентиляцией.
Напряжение ГЭУ выбирается в зависимости от мощности электрических машин. В установках большой мощности применяют более высокое напряжение с целью уменьшения сечения кабеля, токоведущих частей аппаратов в главной цепи и якорных обмоток электрических машин.
Напряжение электрических машин постоянного тока ограничивается предельно допустимым напряжением между коллекторными пластинами (не более16-18В во избежание кругового огня), расстоянием между разнополярными щётками, условиями коммутации, диаметром коллектора и якоря. Поэтому обычно напряжение не превышает 1200В.
В ГЭУ переменного тока используются двигатели синхронные и асинхронные (короткозамкнутые, с фазным ротором и с переключением пар полюсов). Асинхронные двигатели (АД), особенно с короткозамкнутым ротором просты и надёжны, обладают хорошими пусковыми характеристиками, но имеют сравнительно низкий , а у тихоходных даже до 0,7, т.к. по условиям сборки у них большой воздушный зазор, увеличивающий реактивный ток намагничивания.
Синхронные двигатели (СД) имеют пусковую короткозамкнутую обмотку, создающую достаточно большой пусковой момент. В конце асинхронного пуска обмотка возбуждения ротора подключается к возбудителю постоянного тока.
Основное преимущество СД – высокий = 1. Поэтому размеры СД меньше, чем АД при той же активной мощности. КПД СД выше, чем у АД из-за уменьшения тока статора и меньших потерь в роторе. Благодаря большому воздушному зазору в СД уменьшается индуктивное сопротивление по продольной оси « », так как в этом случае снижается влияние МДС реакции статора. При этом возрастает перегрузочная способность
. (5.1)
СД менее чувствителен к колебаниям напряжения, т.к. его пропорционален первой степени напряжения, а у АД - второй.
Некоторые иностранные фирмы используют быстроходные АД, соединяя их с гребным валом через редуктор, что даёт возможность применения АД на подшипниках качения, с малым воздушным зазором, с повышенным (>0,83) и КПД. Иногда один гребной вал приводится во вращение двумя АД. При мощностях порядка 1000 кВт выгоднее применять быстроходные АД, хотя и с редуктором или тихоходные СД без редуктора. При единой электростанции для ГЭУ и судовых потребителей применяют переменный ток, что значительно выгодней.
Генераторы переменного тока применяют защищённого исполнения с одним подшипником (второй общий с приводным двигателем), с принудительной или самовентиляцией. Для дизель-генераторов (ДГ) обороты обычно 750-1500об/мин, а для тахогенераторов (ТГ)-3000об/мин. В ГЭУ в несколько тысяч киловатт применяют повышенное напряжение от 2 до 6,3кВ. Частота рекомендуется 50Гц. В ГЭУ постоянного тока для питания ГЭД используются неуправляемые выпрямители, присоединённые непосредственно к зажимам генератора и управляемые выпрямители, присоединённые к сборным шинам электростанции, которая может быть единой для ГЭД и судовых потребителей. Обычно используются трёхфазные выпрямители. Среднее выпрямленное напряжение управляемость трёхфазного выпрямителя.
, (5.2)
где E - линейное максимальное (амплитудное) значение питающего синусоидального напряжения, В.
- величина выпрямленного тока, А.
- индуктивное сопротивление фазной обмотки, Ом.
- угол управления или отпирания.
Значения тока: .
Для питания синхронных и асинхронных ГЭД используются часто вентильные преобразователи частоты, обеспечивающие и регулирование оборотов.
Преобразователь частоты может быть со звеном постоянного тока - выпрямителем от которого питается автономный инвертор. Частота и напряжение на выходе инвертора могут изменятся в широких пределах.
Применяются также непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), в которых нет выпрямителя в явной форме; в этом случае выпрямление производится одними и теми же группами вентилей. Происходит прямое преобразование постоянной частоты и напряжения в регулируемые на выходе. Но частота на выходе всегда ниже частоты на входе: <0,5 . Чем больше и меньше , тем плавней происходит изменение . С уменьшением необходимо пропорционально ей снижать амплитуду выходного напряжения, для чего приходится изменять угол открытия вентилей в течение периода .