Гребная электрическая установка переменного тока

 

ГРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая турбогенераторный агрегат, состоящий из первичного двигателя, трех трехфазных синхронных генераторов, обмотки статоров которых синфазны, а роторы набраны из листов электротехническЬй стали, и гребного электродвигатедя переменного тока, о тличающаяся тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей и повышения надежности , установка снабжена преобразователями частоты по числу синхронных генераторов , соединенных с валом первичного двигателя, фазы -выходных напряжений преобразователей частоты сдвинуты друг относительно друга на 120- эл. град., преобразователи часто-, ты подключены к обмоткам возбуждения трехфазных синхронных генераторов, причем обмотки возбуждения соседних синхронных генераторов сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 эл. град., а идентичные обс Котки каждой фазы статора всех синх (Л ронных геиераторств соединены согласно последовательно и подключены непосредственно к трехфазной обмотке гребного электродвигателя переменного тока.с

ÄÄ50ÄÄ 1030910

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК уды Н 02 J 3/00; H 02 P 5/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8TOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( д м 6ьаEi",;;

)21 } 3418578/24-07 (22) 05.04.82 (46 ) 23,07. 83. Бюл. К 27 (72 } А. А. Батоврин, Г. М, Свиридов, А. Г, Эйбшиц, П, Г, Мещеряков, Ю. К. Душин, С. Е. Раевский и В.С.Омиров (53) 621.316.174 (088.8) (56) 1. "Судостроение", 1976, И 2, с. 18.

2. Проспект фирмы "Stromberg"

Финляндия, 1980. (54)(57 ) ГРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая турбогенераторный.агрегат, состоящий из первичного двигателя, трех трехфазных синхронных генераторов, обмотки статоров которых синфазны, а роторы набраны из листов электротехнической стали, и гребного электродвигателя переменного тока, о т! л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей и повышения надежности, установка снабжена преобразователями частоты по числу синхронных генераторов, соединенных с валом первичного двигателя, фазы .выходных напряжений преобразователей частоты сдвинуты друг относительно друга на

120 эл. град., преобразователи часто-, ты подключены к обмоткам возбуждения трехфазных синхронных генераторов, причем обмотки возбуждения соседних синхронных генераторов сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 эл . град ., а идентичные о6- Я, Мотки каждой фазы статора всех синхронных генераторов соединены согласно последовательно и подключены непосредственно к трехфазной обмотке гребного электродвигателя переменного тока, 1 1030

Изобретение, относится к электротехнике и может быть использовано при разработке гребных электрических установок ледоколов, судов ледового плавания, паромов, танкеров и других

5 судов, Известна гребная электрическая установка переменно-постоянного тока; например, атомного ледокола "Сибирь", содержащая турбогенераторный агрегат, состоящий из турЬины и трех синхронных генераторов, статических возбудителей, выпрямительного агрегата и гребного электрического двигателя (ГЭД ) постоянного тока со статическим возбудителем (1 Д, Однако в известной гребной электрической установке в качестве ГЭД используется коллекторный двигатель постоянного тока, трудоемкий в экс- 20 плуатации и ограничивающий верхний предел величины мощности гребной установки из-за сложности выполнения коллекторного узла при увеличении тока и напряжения, 25

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому резул ьт а ту является гребная электрическая установка, содержащая турбогенераторный агрегат, который состоит из первичного двигателя, трех трехфазных синхронных генераторов, статического преобразователя частоты с непосредственной связью и ГЭД синхронного типа (2 1, .

Недостатки известной гребной установки заключаются в больших массогабаритных показателях статического преобразователя. частоты, низкой его надежности из-за большого коли40 чества последовательно и параллельно соединенных тиристоров, повышенной виброактивности установки из-за наличия в силовых цепях генераторов и ГЭД гармонических .составля»

45 ющих, генерируемых преобразователем частоты.

Целью изобретения является сйижение массогабаритных показателей установки и повышение ее надежности. 50

Поставленная цель достигается тем, что в гребную электрическую установку переменного тока, содержащую турбогенераторный агрегат, состоящий из первичного двигателя, трех 55 трехфазных синхронных генераторов, обмотки статоров которых синфазны в пространстве, и гребного электро910 2 двигателя переменного тока, введены три преоЬразователя частоты по числу синхронных генераторов, соединенных с валом первичного двигателя, фазы выходных напряжений преобразователей частоты сдвинуты друг относительно друга на 120 эл. град., преобразователи частоты подключены к оЬмоткам возбуждения трехфазных синхронных генераторов, причем обмотки возбуждения соседних синхронных генераторов сдвинуты в. пространстве друг относительно друга на 120 эл.град., а иденти"ные обмотки каждой фазы статора всех генераторов соединены согласно.последовательно и подключены непосредственно к трехфазной обмотке гребного электродвигателя переменного тока.

На фиг. 1 изображена схема гребной электрической установки; на фиг. 2мгновенные значения напряжения и векторные диаграммы, поясняющие принцип получения на обмотках статора

ГЭД напряжения с изменяющейся частотой °

Установка (фиг. 1 ) состоит из .турбины 1, вал которой жестко соединен с валами трех синхронных генераторов

2-4. Обмотки 5-7 возбуждения генера" торов 2-4 сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 эл .град.и подключены к преобразователям 8-10 частоты, Обмотки 11-.13 статоров генераторов 2-4 подключены к трехфазной обмотке 14 ГЭД 15., à его обмотка 16 возбуждения подключена к статическому выпрямителю 17, Вал 18 ГЗД 15 соединен с гребным винтом 19, Обмотки.. 11,принадлежащие генераторам 2-4 соединены согласно последовательно..

Аналогично обмотки 12 и 13 генераторов 2-4 соединены также согласно последовательно.

На фиг.Za показаны мгновенные зйачения напряжения на выходе преобразователя 8 частоты (ПЧ1)V>91=Ч,„siпQ< (где Ч - максимальное значение модулирующего напряжения), напряжение на обмотке 11 генератора V которое представляет собой напряжение с частотой ы0, определяемой частотой вращения вала турбогенераторного агрегата, промодулированное напряжением с частотой Я, подводимое к обмотке возбуждения генератора где Ч,„ о шрhl =—

ЙЧ

%10

aV.возб.n (Я } з 103О9

foal — Ч glgu3 т,+ л Ч 005 (g -Я

11 Ш 0 2 ио о амплитуда немодулированного колебания;

5 круговая частота напряжения статора, определяемая частотой вращения вала генераторноro агрегата; круговая частота модулиру- I0 ющего напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения генератора; верхняя и нижняя боковые частоты модулированного колебания; глубина модуляции; максимальное значение амплитуды модулированно- 20 го колебания.

На фиг, 2б показана векторная диаграмма напряжений фаэ на статоре генератора 2; на Фиг. 2в - генератора 3; на Фиг. 2г- генератора 4.На 25 этих векторных диаграммах круговые

;, частоты верхней си0 +ß и нижней со -Я„ боковых обозначены индексами

20.1, 20.2, 20.3 и 21.1, 2I.2, .21,3 соответственно, 30 ,.На фиг. 2д показана векторная диаграмма напряжений обмотки 11 генерато ра 2, обмотки 11 генератора 3 и обмот- ки 11 генератора 4 и результат суммиро A вания этих напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Вал,турбины I и соединенные с нею валы трех генераторов 2-4 имеют неизменную частоту вращения. В обмот ку 5 возбуждения генератора 2 подает40 ся напряжение от преобразователя 8 частоты с частотой Я... В обмотку 6 возбуждения генератора 3 подается напряжение от преобразователя 9 частоты с той же частотоу Я, но сдвину- 45 тое по фазе на,„или 120 эл.

2( град, (где М - число генераторов в агрегате), а в обмотку 7 возбуждения генератора 4 - сдвинутое на или на 240 эл.град. Тогда фаэные 50 напряжения генератора 2 будут иметь

ВИД НаПРЯжЕНИЯ Ыо, ПРОМОДУЛИРОВанного напряжением Ы?.. На Фиг.2а показан вид этого напряжения на обмотке

Il генератора 2. Аналогичные по виду .55 напряжения будут в обмотках 12 и 13 этого генератора. Векторная диаграмма, соответствующая этим напряжениям re10 ф нератора 2, показана на Фиг. 2б, Векторы 20 и 21 соответствуют напряжениям боковых. частот ыр+ Я (т.e. эти векторы вращаются навстречу друг другу с частотой мо-.Я и о>о+

+Я). Векторы а,в и с (фиг.2б) вра-, щаются с частотой Ш, Аналогичные процессы происходят в генераторах

3 и 4, а векторные диаграммы напря- жений на зажимах обмоток 11-13 этих генераторов показаны на фиг.2в и г где векторы боковых частот 20,2, 21,2 и 20,3, 21.3 сдвинуты по отношению к векторам 20.1 и 21,1 на 120 и

240 эл. град, соответственно, обмотка

11 генератора 2 соединена согласно последовательно с обмоткой 11 генератора 3 и обмоткой 11 генератора

4, что соответствует суммированию напряжений этих обмоток. Этот. процесс в векторной форме показан на фиг.2д.

Векторы а, а, а" при суммировании образуют замкнутый треугольник,т.е. взаимно компенсируются, то же самое происходит с напряжениями одной из боковых частот, в данном случае верхней, векторы которых обозначены

20.1, 20.2 и 20.3. Векторы ?l 1, 21.2 и 21.3 синфазны, что соответствует получению на зажиме А (фиг.3 напряжения с частотой нижней боковой

m - Q.. .Аналогично получают напряжения на зажимах В и С, имеющие ту же о

2. 1 частоту, но сдвинутые на эл, град. Если теперь подать на обмотку

i16 возбуждения ГЭД 15 постоянное напряжение от выпрямителя 17. и изменять частоту Я в обмотках Q- возбуждения генераторов 2-4 в пределах от ю,до О, то в Фазах А,В и С

ГЭД 15 напряжения изменяются по час" тоте от 0 до мзр. Таким образом осуществляется частотное регулирова" ние частоты вращения ГЭД.

В устройстве при Я Р 0 часть мощности подводимой к ГЭД поступает не от турбины (или другого первичного двигателя), а через обмотки возбуждения генераторов трансформаторным путем.

Отношение мощности на выходе генератора, преобразуемой от первичного двигателя, к мощности, передаваемой трансформаторным путем, определяется равенством

5 1030910 6

=Р Я Z (1 лЪ

N =0,6. Причем максимального значения

6озб. и и щ < (i > величина Р ... достигает прим „ —— о

= 0,6; если и = 50 Гц, тою„g30 Гц. где Р - мощность, передэваемая чеЫЬп

Расчет показывает, что это максимальРез обмоткУ возбУждениЯ re- ное значение Р =3 4gi от Р таеозб.n о нератора при значении выход- ким образом, мощность, передаваеной частоты напряжения гене- мая к обмоткам ГЭД трансформаторным раторав ш„= со - Я путем через обмотки возбуждения, не

Р - электрическая мощность, превышает нескольких процентов. преобразуемая генератором 10 от первичного двигателя при частоте напряжения генераторов

Мощность, потребляемая ГЭД при вентиляторном моменте сопротивления, s первом приближении можно оценить равенством откуда

Кроме того, благодаря неизменной частоте вращения турбогенераторного агрегата, появляется возможность .более тщательной его балансировки, Р„= Р,(), (3) где Р - мощность, потребляемая ГЭД при частоте вращения о, Подставляя равенство (3 ) в формулу (2 ), получи м возьn= ы о м ю (" о и) о

Исследуя функцию (4 ), можно установить, что экстремальные точки имеют место при значенияхЫ = 0;4 .,у 1;

Изобретение позволяет выполнить гребную электрическую установку с применением электрических машин пе- ременного тока и осуществить частотное управление ГЭД без использова-, ния статических преобразователей частоты большой мощности в силовых цепях, что существенно снижает массогабаритные характеристики уста20 новки и увеличивает ее надежность, Исключение мощных статических преобразователей энергии и близкая к синусоидальной форма тока и напряжения. в силовых цепях приводит к улучшению виброакустических харак" теристик электрических машин и аппаратов установки, 1030910

Ж Ию

ВНИИПИ Заказ 5228/54 Тираж 617 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4