 |
Защита ГЭУ постоянного тока
|
|
|
|
Защита от короткого замыкания и перегрузки. Эта защита осуществляется при помощи: а) автоматических выключателей, разрывающих цепь главного тока; б) реле максимального тока снимающих возбуждение возбудителей генераторов и гребного двигателя. Катушки реле при этом должны быть выключены либо через шунты, либо непосредственно в рассечку цепи главного тока. Повторный запуск ГЭУ может производиться с нулевого положения поста управления. в) противокомпаудных обмоток, располагаемых на полюсах возбудителя генератора. В ГЭУ с ЭМУ, используемые в качестве возбудителей генераторов и гребных электродвигателей, защиту от перегрузок осуществляют обратной связью по току главной цепи, а также всей системой поддержания постоянной мощности ГЭУ.
Защита главных дизель - генераторов от разноса. При остановке или реверсировании ГЭД, когда снижается напряжение генератора, ЭДС ГЭД сохраняется из-за продолжающего вращаться ГЭД под действием винта и, может превысить напряжение главной цепи. При этом генератор, перейдя в режим двигателя, создает вращающий момент, способный начать разгон дизеля. Для предотвращения разноса дизеля применяют центробежное реле, связанное с валом дизеля. При разгоне дизеля это реле размыкает цепь промежуточного контактора, который срабатывая, обесточит обмотки возбуждения генератора и электродвигателя.
Более целесообразно применять схему, где РЦ2 приводит к включению СД2 в цепь возбуждения генератора, что уменьшает его ЭДС. Такая схема не прерывает работу ГЭУ.
Защита ГЭД от разноса. Недопустимое увеличение скорости ГЭД может произойти при внезапном уменьшении нагрузки на его валу или, например, при оголении винта или среза его лопасти.
|
|
|
Возможный разнос ГЭД, предупреждается либо центробежным реле, механически связанным с гребным электродвигателем, либо реле максимального напряжения включенным на зажимы якоря ГЭД. Центробежное реле может работать либо на отключение возбуждения генераторов и ГЭД, или на включении в цепь потенциометра Пг добавочного сопротивления СД2 с целью ослабления возбуждения генератора. В случае применения реле максимального напряжения разгон двигателя при сбросе нагрузки сопровождается увеличением напряжения в главной цепи до значения уставки реле. Срабатывая, реле непосредственно или через промежуточный контактор включает добавочное сопротивление в цепи потенциометра генератора, что уменьшает напряжение генератора и скорость ГЭД.
5.3.4.1 Защита главных дизелей от непроизвольного реверса
Если в дизель подаётся меньше топлива, то ДГ снижает обороты, а затем, питаясь от других генераторов, переходит в двигательный режим. При независимом возбуждении изменяет направление вращения и ломает дизель.
Защитой могут быть: реле давления масла, реле давления охлаждающей жидкости, или реле скорости, которые срабатывают при снижении оборотов и размыкают свои контакты в цепи контактора, отключающего возбуждение неисправного генератора или всех работающих машин. В некоторых ГЭУ предусматривают ещё и тепловую и минимальную защиту. Защиту от короткого замыкания в цепях управления и сигнализации осуществляют плавкими предохранителями. В главных цепях и цепях возбуждения ГЭУ установка плавких предохранителей запрещена Регистром. При срабатывании защиты вступает в действие световая и звуковая сигнализация.
5.3.4.2 Пуск и реверсирование ГЭД
Перед пуском ГЭД запускают дизель, вспомогательные механизмы, агрегаты возбуждения, набирают схему для задаваемого режима, включают цепи возбуждения, управления и защиты. Пуск ГЭД осуществляют поворотом рукоятки поста управления в положение, в котором швартовой характеристике винта соответствует скорость ГЭД 
и момент 
(рис. 5.14).
|
|
|
ГЭД разгоняется за секунды, а судно за минуты. Потому при пуске ГЭД судно практически стоит и винт работает в швартовом режиме (точка В). По мере разгона судна ГЭД переходит со швартовой 2 на промежуточную характеристику 4 из точки В в Е, где 
и 
< . Поворотом рукоятки поста переводят ГЭД в точку К, где и 
> - и затем в точку А основной характеристики, где и 
.
Пуск ГЭД может сопровождаться броском тока 
из-за большой электромагнитной инерции обмоток возбуждения, из-за которой обратная связь по току не успевает ограничить ток.
Реверсирование ГЭД осуществляется рукояткой поста «ход назад» или наоборот. Реверсивная характеристика АБГД для наглядности изображена в 1 квадрате. АБ - режим движителя, БГ – гидравлической турбины и ГД – гидравлического тормоза. Если скорость ГЭД довести до то М>> поэтому ограничивают на 
при (точка Д).
В ГЭУ с трёхобмоточным возбудителем реверсирование осуществляется изменением направления магнитного потока генератора.
За время 
(рис. 5.15) ЭДС генератора 
спадает, но всё ещё больше, 
поэтому пока режим не отличается от предыдущего. За время 
винт работая гидротурбиной переводит ГЭД в генераторный режим > и ток главной цепи меняет направление и достигает максимума. В этот период может возникнуть опасность разгона дизеля. В точке «б» ЭДС генератора меняет знак, и ГЭД вращаясь по инерции в прежнем направлении, оказывается в режиме противовключения в течении 
. В точке «в» =0, а за 
ГЭД разгоняется в противоположном направлении до заданной постом скорости.
В ГЭУ с ЭМУ в качестве возбудителя реверсирование может быть осуществлено изменением магнитного потока:
а) главных генераторов;
б) гребного электродвигателя.
В обоих случаях торможение винта происходит в режиме рекуперативного торможения и противовключения ГЭД. При рекуперативном торможении мощность, передаваемая винтом на вал ДГ должна быть 
, то есть, равна механическим потерям. Для ТГ этот метод не допустим, так как очень малы механические потери, для них рекомендуется принимать режим противовключения, где энергия идёт на нагрев цепи главного тока.
|
|
|
ГЭУ переменного тока
5.4.1 Особенности работы и схемы главного тока ГЭУ
ГЭУ 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.
5.4.2ДЭГУ
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.
Распределение 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 пределахΔ : 
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.
Типы гребных двигателей
В ГЭУ переменного тока применяют в качестве ГЭД: АД, СД и асинхронизированные СД. Они могут быть тихоходными, соединяющиеся с валом напрямую, и быстроходными соединяющиеся с валом через редуктор. Из АД чаще применяют двигатели с фазным ротором и двухклеточные. С фазовым ротором устанавливают на судах, где необходима повышенная манёвренность. «Манёвренные способности» АД с фазовым ротором объясняются применимостью к ним большего количества методов регулирования и возможностью с помощью реостата в цепи ротора воздействовать на переходные процессы в двигателе, сокращая время его торможения и реверсирования.
Скорость АД можно регулировать:
а) изменением частоты питающего тока;
б) переключением пар полюсов;
в) введением сопротивлений в цепь фазового ротора или статора.
Преимущества АД по сравнению с СД:
а) простота конструкции и надёжность;
б) хорошие пусковые характеристики;
в) отсутствие необходимости возбуждения постоянным током;
г) возможность (хотя и ограниченная) регулировать скорость без изменения частоты питания.
Но АД обладает и недостатками:
а) меньший, чем у СД КПД;
б) низкий cos 
не подающийся регулировке и приводящий к увеличению массы и габаритов.
На судах, где важнее экономичность, чем манёвренность применяют синхронные и асинхронные синхронизированные машины.
Регулирование скорости у СД, чаще всего частотой напряжения или реже переключением пар полюсов, что сложно из-за необходимости менять число пар полюсов одновременно в роторе и статоре.
СД обладают достоинствами:
а) высоким cos , вплоть до 1, что уменьшает размеры как ГЭД так и СГ;
б) более высоким КПД чем у АД;
в) наличием большого воздушного зазора, что облегчает сборку, допускает большую просадку вала, уменьшает индуктивное синхронное сопротивление 
и увеличивает максимальный электромагнитный момент
. (5.18)
г) меньшая чувствительность к колебаниям напряжения.
Недостатки:
а) хуже пусковые свойства по сравнению с АД;
б) потребность в постоянном токе для возбуждения.
|
|
|
