 |
Структура ГЭУ и схемы главного тока
|
|
|
|
ГЭУ постоянного тока применяются там, где требуется высокая маневренность.
Они обеспечивают:
а) легкость и плавность регулирования скорости в широких пределах;
б) простоту дистанционного управления;
в) полное использование машин при работе ГЭУ в различных условиях плавания.
Мощность ДГ и их количество (1-6) выбирают в зависимости от потребляемой мощности движителем и КПД всех передач.
При последовательном соединении «Г» в любом режиме каждый из ДГ развивает мощность равную номинальной (полностью используются генератор и дизель), а «ЭД» получает мощность равную сумме мощностей работающих генераторов.
При параллельном соединении «Г», при необходимости отключить один или несколько агрегатов, приходится снижать напряжение оставшихся в работе, т.к. при неизменном напряжении «ЭД» будет вращаться с прежней скоростью и вызовет перегрузку ДГ. При этой схеме ДГ будет использоваться не полностью, а мощность, подводимая к «ЭД» окажется меньше, чем при последовательном соединении.
Кроме того, при параллельном соединении токи между генераторами распределяются не равномерно из-за различия их внешних характеристик и скоростей дизелей. Поэтому такое соединение применяется редко.
Параллельное соединение гребных ЭД, находящихся на одном валу практически не применяется из-за расхождения характеристик х.х., а соответственно неравномерного распределения токов нагрузки. Этот недостаток устраняется при последовательном соединении, а для того чтобы напряжение между двумя любыми точками схемы не превышало напряжения одного генератора, применяют попеременно – последовательное соединение генераторов и электродвигателей (схема «г»).
|
|
|
5.3.2 Режимы экономичного хода и аварийные
Режим экономичного хода – ход с пониженной скоростью, со значительной экономией топлива, т.к. 
. При этом отключают один или несколько ДГ.
Аварийный режим – вынужденная остановка одного или нескольких ДГ, т.е. отличие только в причине остановки.
В ДЭГУ постоянного тока широко распространена схема со специальными кулачковыми контроллерами (селекторные переключатели), с помощью которых производят набор схемы для различных режимов.
С помощью двух одинаковых переключателей 1ПГ и 2ПГ можно набрать 6 режимов и 33 варианта схемы включения:
1. Работа четырех «Г» на оба якоря ЭД (1 вариант).
2. Работа любых трех «Г» на оба якоря ЭД (4 варианта).
3. Работа любых двух «Г» на оба якоря ЭД (6 вариантов).
4. Работа любого одного «Г» на оба якоря ЭД (4 варианта).
5. Работа двух «Г» на оба якоря ЭД (10 вариантов).
6. Работа одного «Г» на оба якоря ЭД (8 вариантов).
Вспомогательными контактами переключателя включаются цепи возбуждения, управления, блокировки и сигнализации.
Предусмотрена блокировка электромагнитными замками не позволяющая переключать главные цепи под нагрузкой и при наличии напряжения в цепях возбуждения. Иногда дополнительно ставят разъединители «Р».
Первый режим основной, остальные - режимы экономичного хода.
Например, работают 3ДГ на 2ЭД.
;
;
;
I=Iн;
;
При последовательном включении «Г» также дают 
. Т.е. уменьшив мощность на 25% обороты винта, снижаются всего на 10% ориентировочно. Более точно снимают эту зависимость с действительной характеристики винта 
5.3.3 Система возбуждения ГЭУ
Генераторы и ГЭД получают возбуждение от возбудителей. Изменения тока возбуждения у небольших генераторов делается в его обмотке, а у больших в обмотках возбуждения возбудителя.
В качестве возбудителей главных генераторов постоянного тока применяют двух и трех обмоточные возбудители, ЭМУ с поперечным и продольным полем.
|
|
|
В последнее время для возбуждения как «Г» так и ГЭД применяют не вращающиеся магнитные усилители.
ОВГ разделена на две равные части и вместе с 
включена по мостовой схеме на питание переменного тока через МУ1 и МУ2 и ВП1 и ВП2.
При питании от МУ1 и ВП1 ГЭД вращается в одну сторону, а если от МУ2 и ВП2 – то в другую.
Различают 3 вида систем возбуждения «Г» в ГЭУ постоянного тока:
1. Индивидуального возбуждения, где каждый возбудитель механически связан с «Г» и питает ОВГ только своего «Г».
Достоинства:
а) не надо приводного двигателя;
б) не надо подбирать внешние характеристики, т.к. нет параллельной работы.
Недостатки:
а) нет резерва;
б) сложность схем при нескольких генераторах;
в) большая длина агрегата;
г) колебания напряжения (при изменении нагрузки меняются обороты дизеля).
2. Централизованное возбуждение, где возбудитель приводится во вращение отдельным двигателем и питает цепи возбуждения нескольких «Г», иногда работая в параллель с другими возбудителями.
Достоинства:
а) меньшая длина агрегата;
б) возможность ремонта на ходу при наличии двух и более возбудителей;
в) нет зависимости от загрузки дизелей и соответственно меньше колебания «U».
Недостатки:
а) наличие приводных двигателей;
б) необходимость защищать дизеля от непроизвольного реверса;
в) обязательность согласования внешних характеристик возбудителей на случай параллельной работы.
3. Системы смешанного возбуждения – возбудители связаны механически с валами генераторов, но имеют возможность питания обмоток возбуждения нескольких генераторов.
Достоинства:
а) отсутствие приводных двигателей;
б) высокая живучесть благодаря резервированию.
Недостатки:
а) необходимость защищать дизеля от непроизвольного реверса;
б) необходимость согласования внешних характеристик на случай параллельной работы;
в) сложность схемы;
г) большая длина агрегатов;
д) непостоянство напряжения возбудителей из-за колебания скорости дизелей при изменении их нагрузки.
5.3.3.1 Схема генератор-двигатель (Г-Д) с трёхобмоточным возбудителем
Исполнительный двигатель системы Г-Д имеет жёсткую механическую характеристику (3). Кривые 1 и 2 рабочие характеристики винта. Кривая 1 – основная и кривая 2 – швартовая. Точка А – полный ход судна на свободной воде при 
. Точка В – на швартовых при 
и большем моменте. Зависимость М=f(ω) показана на рис. 5.6.
|
|
|
По швартовой характеристике торговых судов винт работает только в период разгона судна.
Для ледоколов, рыболовных траулеров, буксиров нагрузка ГЭУ изменяется в диапазоне АВ, при этом желательно, чтобы механическая характеристика винта 
.
Участок АВ – постоянной мощности; ОД – максимально допустимая скорость; ОС – момент стояния ГЭД при заклинивании винта (рис. 5.7).
Если ГЭД работает с постоянным магнитным потоком, то его момент может изменяться только в результате изменения тока главной цепи. Тогда для сохранения неизменной мощности первичного двигателя у генератора должен быть: 
ОД – напряжение, обеспечивающее максимальную скорость ГЭД.
ОС – ток короткого замыкания 
, (рис. 5.8)
Подобный режим работы можно получить, осуществив обратные связи по току и напряжению в системе Г-Д с трёхобмоточным возбудителем генератора (рис. 5.9).
ОНВВГ – обмотка независимого возбуждения возбудителя генератора, которая связана с постом управления и служит для задания необходимого режима работы ГЭУ.
ОТВВГ – обмотка отрицательной обратной связи по току, которая включена на падение напряжения в компенсационной обмотке КО и дополнительных полюсов ДП ГЭД.
ОШВВГ – обмотка параллельного возбуждения возбудителя, благодаря которой возрастает зависимость напряжения возбудителя и потока генератора от тока главной цепи.
Возбудитель, обмотки которого включены таким образом, позволяют получить выпуклые крутопадающие внешнюю характеристику генератора и механическую ГЭД (кривые 4 на рис. 5.7 и 5.8).
Рисунок 5.9 - Система Г-Д с трехобмоточным возбудителем
Возбудитель выбирают по мощности потребляемой обмоткой возбуждения в режиме свободного полного хода судна (точка А)
, (5.3)
где m – число генераторов питающихся от этого возбудителя.
|
|
|
Выбирают возбудитель мощностью 
и с напряжением 
. Это необходимо, чтобы возбудитель работал на прямолинейном участке кривой намагничивания и обладал достаточной чувствительностью при изменении управляющего воздействия тока в ОНВВГ 
служат для подгонки внешних характеристик и механической характеристики к необходимым параметрам.
5.3.3.2 Принцип поддержания постоянства мощности
В ГЭУ грузовых и пассажирских судов момент вращения ГЭД и мощность генератора выбираются по режиму полного хода судна в свободной воде (по точке А). При этом гребная электроустановка имеет наименьшую массу. Возможное превышение номинального тока при ходе судна на волне обеспечивается за счет допустимой перегрузки электрических машин. Постоянство мощности в ГЭУ поддерживается воздействием на магнитный поток главного генератора (
), т.е. регулированием напряжения генератора в зависимости от тока нагрузки.
Правильный выбор главных машин, работающих условиях периодической перегрузки, делается на основании расчета тока главной цепи в переходном процессе при ходе судна на волне. По его величине определяется средний квадратичный ток, который и принимается в качестве номинального для выбора главных генераторов и ГЭД. Принимая синусоидальное изменение тока, соответствующего регулярному волнению моря, по выражению 
получаем средний квадратичный ток по формуле:
(5.4)
где 
- период изменения момента сопротивления винта (
.
В результате гидродинамических расчетов установлено, что среднее значение момента сопротивления винта при той же скорости хода при качке судна увеличивается на 7-8% по сравнению с величиной момента при ходе в спокойной воде. Поэтому необходимо главные машины выбирать с некоторым запасом или снижать скорость хода при качке, что часто делается для уменьшения ударов волн о корпус судна.
Для ледоколов и судов ледового плавания ход во льдах является длительным режимом, поэтому параметры ГЭУ для них выбираются по наиболее тяжелому режиму, близкому к швартовому (по точке В на рис. 5.7). То же характерно для паромов, земснарядов, аварийно-спасательных и промысловых судов, совершающих частые смены режима, маневры для выполнения технологических работ.
Постоянство мощности ГЭУ сохраняется воздействием на магнитный поток двигателя (
), уменьшая его в более легких режимах.
Генераторы выбираются на номинальную мощность швартовного режима и работают при одном и том же напряжении и токе. При поддержании постоянства мощности при 
возбудитель главного генератора должен создавать круто падающую внешнюю характеристику генератора с регулированием 
.
|
|
|
При поддержании постоянства мощности при сохраняется постоянство напряжения и тока генератора. Поэтому эти системы работают как системы регулирования тока главной цепи, а регулирующим воздействием является магнитный поток ГЭД.
Регулирование тока может происходить как по отклонению регулируемой величины (тока главной цепи), так и по возмущению (изменение момента сопротивления на валу ГЭД). Измеряемые величины воздействуют на усилитель в системе возбуждения двигателя. Механические характеристики ГЭД изменяются так, что мощность, потребляемая двигателем, остается постоянной 
. При увеличении момента сопротивления на валу ГЭД магнитный поток двигателя увеличивается вследствие изменения его тока. При этом вращающий момент ГЭД так же увеличивается пропорционально магнитному потоку двигателя. Скорость вращения ГЭД и в этом случае уменьшается. Но противоЭДС ГЭД остается постоянной, что обеспечивает постоянство тока и напряжение генератора.
, (5.5)
(5.6)
Вращающий момент, скорость вращения и магнитный поток гребного электродвигателя определяется по формулам:
, (5.7)
, (5.8)
. (5.9)
5.3.3.3 ГЭУ неизменного тока
Преимущества ГЭУ неизменного тока за счет регулирования 
позволяют регулировать скорость вращения ГЭД, находящегося в контуре, независимо от других двигателей, плавно и в широких пределах производить реверс без переключений в схеме, обеспечить любое перераспределение мощности главных генераторов между электродвигателями. Кроме того, возможно главное перераспределение мощности дизелей между судовой сетью и системой электродвижения, что позволяет снизить проектную мощность дизелей.
В этих установках обеспечивается ограничение момента н6а валу ГЭД в случае заклинивания винта или остановки технологического механизма.
По сравнению с системой Г-Д они более надежны. При выходе из строя одного или части дизель-генераторов электродвигатели могут получать питание от оставшихся в контуре дизель-генераторов. Если не все потребители электроэнергии включаются одновременно на полную мощность, то суммарная установленная мощность генераторов может быть меньше суммарной установленной мощности потребителей, что повышает экономичность ГЭУ неизменного тока
, (5.10)
, (5.11)
. (5.12)
Регулирование «п» ГЭД осуществляется магнитным потоком при 
. Применение установок с неизменным током целесообразно на судах, имеющих большое количество ЭД исполнительных механизмов, мощность которых соизмерима с мощностью главных генераторов, что связано с необходимостью достижения высоких маневренных качеств судов (паромы с мощными подруливающими устройствами, траулеры с траловой лебедкой и мощными компрессорами и др.)
5.3.3.4 Система Г-Д с автоматическим регулированием мощности
Система Г-Д с трехобмоточным возбудителем поддерживает в статистических режимах ГЭУ мощность, близкую к постоянной. В динамических режимах (на волне) могут возникнуть недопустимые для дизелей перегрузки. Поэтому применяют быстродействующие системы автоматического регулирования мощности с использованием ЭМУ и других малоинерционных усилителей.
В рассматриваемой системе (рис. 5.12) возбудителем генератора служит ЭМУ с поперечным полем.. У него три обмотки ОУ1Г – задающие независимого возбуждения ОУ2Г – отрицательной обратной связи по току, ОУ3Г – стабилизирующая и обратной связи по скорости первичного двигателя. МДС ОУ1Г и ОУ2Г должны быть выбраны такими, чтобы при I 
главной цепи регулирующая ЭДС ЭМУ – ВГ, обеспечивала 
генератора. ВГ - возбудитель Г; ВД – возбудитель ЭД.
При возрастании тока нагрузки, размагничивающие действие обмотки ОУ2Г усиливается, в результате чего уменьшается напряжение ЭМУ-ВГ, а затем и самого генератора. Таким образом, мощность ГЭУ остается примерно постоянной равной номинальной. Как только ток нагрузки увеличивается до тока короткого замыкания гребного двигателя, МДС ОУ2Г размагнитит ЭМУ - ВГ, напряжение генератора уменьшится до значения равного падению напряжения в якоре ГЭД и сети, благодаря чему ГЭД остановиться при токе главной цепи 
.
Постоянство мощности генераторных агрегатов можно поддерживать также регулируя возбуждение генераторов в соответствии с изменением скорости двигателя т. е. посредством обратной связи по скорости от ТГ1 и ТГ2. Для этогоОУ3Г включают на разность напряжений тахогенераторов 
и задающего напряжения сравнения 
.
При номинальной скорости = и ток в ОУ3Г отсутствует. При перегрузке скорость дизеля снижается и < , в ОУ3г появляется ток, который создает МДС направленную против МДС ОУ1Г. Напряжение ЭМУ – ВГ и генератора уменьшается, что вызывает уменьшение скорости ГЭД, а следовательно, и мощности генератора и дизеля. Эта система рекомендуется для ГЭУ с дизель – генераторами, которые не терпят перегрузки и при перегрузке снижают скорость. При перегрузке одного из дизелей его тахогенератор снижает мощность обоих ДГ. При большом числе ДГ система становиться неудобной.
5.3.3.5 Регулирование мощности изменением магнитного потока ГЭД
Регулируя поток ГЭД можно при изменении нагрузки на винте поддерживать постоянство тока в главной цепи, а следовательно, напряжение и мощность генератора и дизеля. ГЭД получает возбуждение от ЭМУ –ВД с четырьмя обмотками возбуждения.
ОУ1Д - независимого возбуждения (задающая).
ОУ2Д – отрицательной обратной связи по напряжению возбудителя генератора (ЭМУ - ВГ) или косвенной обратной связи по току главной цепи.
ОУ3Д – стабилизирующая.
ОУ4Д – отрицательной обратной связи по напряжению самого ЭМУ-ВД.
Постоянство тока главной цепи поддерживается изменением магнитного потока ГЭД с помощью ОУ2Д, включенной на разность напряжений возбудителя генератора (ЭМУ –ВГ) и напряжения сравнения .
В швартовом режиме эти напряжения равны и размагничивающий ток в ОУ2Д отсутствует. ГЭД при этом имеет наибольший магнитный поток.
Уменьшение момента сопротивления винта приводит к тому, что ток в главной цепи и в ОУ2Г уменьшается. Напряжение ЭМУ–ВГ увеличивается и становится больше . В ОУ2Д под действием этой разности напряжений появляется, размагничивающий ток и напряжение ЭМУ - ВД снижается, обуславливая уменьшение тока возбуждения и магнитного потока ГЭД. Это вызывает увеличение скорости ГЭД и тока главной цепи до почти номинального значения.
Таким образом, мощность ГЭД
.
Обмотка ОУ2Д включена, кроме того, на разность напряжений и (напряжение контрольного тахогенератора ТГД) которые в номинальном режиме должны быть равны между собой. В случае резкого уменьшения момента сопротивления на валу ГЭД (оголение или потеря винта) скорость ГЭД возрастает и > . В результате по ОУ2Д потечет ток увеличивающий МДС направленную против МДС ОУ1Д. Напряжение ЭМУ –ВД и магнитный поток ГЭД уменьшается. Это вызывает увеличение тока в главной цепи близко к току стоянки, при котором благодаря ОУ2Г напряжение генератора мало и скорость ГЭД лишь незначительно превысит скорость режима, несмотря на то, что поток ГЭД ослаблен.
|
|
|
