Электроэнергетическая установка судна

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с валогенераторами и преобразователями частоты, преимущественно с дизельными главными двигателями. Установка содержит главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем и электрически связанный через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, систему управления преобразователя частоты, выход которой подключен к управляющему входу преобразователя, а вход через датчик напряжения - к выходу преобразователя частоты. Кроме того, в установку входит вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с вспомогательным генератором, снабженным системой возбуждения и электрически соединенным через выключатель с шинами судовой электростанции. Установка также содержит преобразователь тока с регулятором тока и системой управления, выход которого через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии. Кроме того, установка включает в себя соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора, второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход - с входом системы управления преобразователя. Первичная обмотка дополнительно введенного трансформатора соединена с выходом валогенератора, а первая и вторая вторичные обмотки трансформатора связаны соответственно с первым - четвертым входами многопозиционного переключателя, причем первый выход многопозиционного переключателя связан с преобразователем частоты, а второй выход - с преобразователем тока. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с валогенераторами и преобразователями частоты, преимущественно с дизельными главными двигателями. Цель изобретения - повышение надежности и экономичности установки.

Известна электроэнергетическая установка судна (Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. Л.: Судостроение, 1979, с. 64-65), содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовой электростанции через преобразователь частоты. С шинами также соединен синхронный генератор, приводящийся во вращение через разъединительную муфту вспомогательным дизелем. Генераторы снабжены системами самовозбуждения, а преобразователь - системой управления.

Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная значительными крутильными колебаниями при резонансных частотах вращения, связанными с неравномерностью вращающего момента главного дизеля и момента сопротивления гребного винта, а также большой длиной валопровода.

Известна электроэнергетическая установка судна (Агуреев А.Г. и др. Крутильные колебания и надежность судовых валопроводов. М.: Транспорт, 1982, с. 90-96), состоящая из главного дизеля, приводящего во вращение гребной винт, механического демпфера крутильных колебаний, связанного с главным дизелем, вспомогательных дизель-генераторов.

Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная пониженной степенью демпфирования колебаний из-за ограниченной вязкости жидкости, используемой для заполнения демпфера.

Известна электроэнергетическая установка судна (авт.св. N 1699862, кл. B 63 H 23/24, 1991), выбранная авторами в качестве прототипа, состоящая из главного дизеля, соединенного валопроводом с гребным винтом, валогенератора с системой возбуждения, кинематически соединенного с главным дизелем и электрически связанного через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, системы управления преобразователя частоты, вспомогательного дизель-генератора с разъединительной муфтой и системой возбуждения, электрически связанного с шинами судовой электростанции, преобразователя тока с системой управления, выход которого соединен с аккумулятором электроэнергии, а вход с шинами, последовательной цепи, включающей в себя датчик колебаний, фазовращатель и усилитель, выход которого соединен с системой управления преобразователя.

Недостатком данной установки является пониженная надежность и экономичность, обусловленная колебаниями напряжения на шинах судовой электростанции, причиной которых являются колебания токов преобразователей тока и частоты, а следствием - колебания токов электропотребителей судовой электростанции.

Колебания напряжения и тока электропотребителей приводят к появлению дополнительных потерь в электроприводах и дополнительным отказам из-за механических вибраций.

Целью данного изобретения является повышение надежности и экономичности установки за счет стабилизации параметров на шинах судовой электростанции, в том числе при глубоком снижении частоты вращения главного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в известную электроэнергетическую установку судна, содержащую главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем и электрически связанный через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, систему управления преобразователя частоты, выход которой подключен к управляющему входу преобразователя, а вход через датчик напряжения - к выходу преобразователя частоты, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с вспомогательным генератором, снабженным системой возбуждения и электрически соединенным через выключатель с шинами судовой электростанции, преобразователь тока с регулятором тока и системой управления, выход которого через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора, второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход - с входом системы управления преобразователя тока, дополнительно введены двухпозиционный переключатель и трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом валогенератора, а первая и вторая вторичные обмотки трансформатора связаны соответственно с первым - четвертым входами многопозиционного переключателя, причем первый выход многопозиционного переключателя связан с преобразователем частоты, а второй выход - с преобразователем тока.

Предлагаемая установка дополнительно включает в себя многопозиционный переключатель и трехобмоточный трансформатор. По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение содержит новые существенные признаки, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

В известных технических решениях нами не обнаружено совокупности признаков, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих получить положительный эффект, который находит свое отражение в поставленной нами цели. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется при наличии совокупности признаков (как новых, так и известных). Заявляемая нами совокупность признаков позволяет обеспечить поставленную цель, а именно повысить надежность и экономичность установки.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки.

Электроэнергетическая установка содержит главный дизель 1, который соединен через валопровод 2 с гребным винтом 3. С главным дизелем 1 также кинематически связан валогенератор 4, снабженный системой 5 самовозбуждения. Выход валогенератора соединен с первичной обмоткой трехобмоточного трансформатора 6, а первая и вторая вторичные обмотки трансформатора 6 связаны с первым, вторым, третьим и четвертым входами многопозиционного переключателя 7, а первый выход многопозиционного переключателя 7 связан с преобразователем 8 частоты, второй же выход - с преобразователем 9 тока.

Управляющий вход преобразователя 8 частоты соединен через систему 10 управления и датчик 11 напряжения с выходом преобразователя 8. Вспомогательный генератор 13, механически сочленен через разъединительную муфту 14 с вспомогательным дизелем 15. Генератор 13 снабжен системой 16 самовозбуждения, и его выход через выключатель 17 соединен с шинами 12. Выход преобразователя 9 тока подключен через датчик 18 тока к аккумулятору 19 электроэнергии, а управляющий вход - через вторую систему 20 управления к выходу регулятора 21 тока . Первый вход регулятора 21 тока соединен с выходом датчика 18 тока, второй - с выходом последовательной цепи, состоящей из датчика 22 упругих колебаний валопровода, фазовращателя 23 и усилителя 24.

Установка работает следующим образом.

При стоянке главного дизеля 1 разомкнут выключатель 17 и разъединительная муфта 14 и вспомогательный дизель 15 обеспечивает вращение вспомогательного генератора 13 и питание через шины 12 судовых электропотребителей.

В ходовом режиме выключатель 17 замкнут, а разъединительная муфта 14 разомкнута. Многопозиционный переключатель 7 устанавливается в положение I, при этом подключается первая вторичная обмотка трехобмоточного трансформатора 6 к выходу преобразователя частоты 8 (2 вход МПП 7 замкнут накоротко, 1 вход подключен к 1 выходу МПП), Шины 12 судовой электростанции, таким образом, получают питание от валогенератора 4 через трансформатор 6 и преобразователь 8 частоты . Система 5 самовозбуждения валогенератора 4 обеспечивает поддержание напряжения на зажимах валогенератора 4 в требуемом диапазоне при изменении нагрузки электропотребителей. Система 10 управления преобразователя 8 частоты обеспечивает поддержание напряжения на его выходе. Вспомогательный генератор 13 работает в режиме синхронного компенсатора, обеспечивая выработку реактивной мощности, необходимой для работы преобразователя 8 частоты и электропотребителей судовой электростанции.

При появлении крутильных колебаний многопозиционный переключатель 7 устанавливается в положение II. Дополнительно включается вторая вторичная обмотка трансформатора 6, которая подключается к преобразователю 9 тока (четвертый вход МПП замыкается накоротко, а третий вход подключается к второму выходу МПП). При появлении крутильных колебаний в системе главный дизель 1 - валопровод 2 - винт 3 на выходе датчика 22 колебаний появляются колебания напряжения относительно нулевого уровня. Эти колебания, проходя через фазовращатель 23 и усилитель 24, поступают на вход регулятора 21 тока, что приводит к появлению колебаний выходных сигналов регулятора 21 и системы управления преобразователя 9 тока.

Изменения сигнала управления вызывают колебания тока в силовой цепи преобразователя 9 тока относительного нулевого уровня, причем одной полярности выходного сигнала усилителя 24 соответствует отбор энергии от второй вторичной обмотки трансформатора 6 и ее передача на аккумулятор 19 энергии, а другой - возврат энергии от аккумулятора 19 к трансформатору 6. В первом случае преобразователь 9 тока будет работать в режиме выпрямителя, а во втором - в режиме инвертора.

При наличии у трансформатора 6 двух вторичных обмоток, расположенных синфазно, вектора их напряжений также будут располагаться практически синфазно. При отборе мощности от обеих обмоток трансформатора вектора активных токов обмоток будут располагаться также синфазно, а результирующая нагрузка трансформатора 6 и валогенератора 4 будет равна сумме нагрузок вторичных обмоток трансформатора 6.

При инверторном режиме работы преобразователя 9 тока направление вектора тока во второй вторичной обмотке трансформатора 6 изменяется на противоположное, а результирующая нагрузка будет равна разности нагрузок вторичных обмоток трансформатора 6.

Таким образом, при колебаниях сигнала управления преобразователя 9 тока будут обеспечиваться колебания нагрузки, а следовательно, и электромагнитного момента валогенератора 4.

Настройка фазовращателя 23 выполняется таким образом, чтобы колебания электромагнитного момента валогенератора 4 обеспечивали демпфирование крутильных колебаний в течение всего периода колебаний.

Степень демпфирования определяется коэффициентом передачи усилителя 24.

Обратная связь по току преобразователя 9 тока , реализованная на датчике 18 тока, обеспечивает синфазные колебания тока силовой цепи преобразователя 9 тока и выходного сигнала усилителя 24.

При уменьшении частоты вращения главного дизеля 1 и выходе из зоны крутильных колебаний многопозиционный переключатель устанавливается в положение III. В данном режиме вторичные обмотки трансформатора 6 включаются последовательно и подключаются к преобразователю 8 частоты (четвертый вход МПП соединяется накоротко, третий вход подключается к второму входу, а первый вход - к первому выходу МПП).

Такой режим необходим из-за ограничений форсировочной возможности системы 5 возбуждения валогенератора 4 для поддержания стабильных параметров на шинах 12 судовых электропотребителей.

В экстремальных режимах (обеспечение аварийного хода судна валогенератором или дополнительной мощности на шинах 12) вторичные обмотки трансформатора 6 включаются параллельно. Многопозиционный переключатель устанавливается в положение IV (второй и четвертый вход замыкаются накоротко, третий и первый входы включаются параллельно и подключаются к первому выходу).

В предложенном изобретении устройства элементы, введенные в состав электроэнергетической установки судна, выпускаются как отечественными, так и зарубежными фирмами и, как правило, могут быть использованы по прямому назначению без дополнительных затрат на их освоение.

Формула изобретения

Электроэнергетическая установка судна, содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем и электрически связанный через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, систему управления преобразователя частоты, выход которой подключен к управляющему входу преобразователя, а вход через датчик напряжения - к выходу преобразователя, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту со вспомогательным генератором, снабженным системой возбуждения и электрически соединенным через выключатель с шинами судовой электростанции, преобразователь тока с регулятором тока и системой управления, выход которого через датчик тока подключен к аккумулятору электроэнергии, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока аккумулятора, второй вход регулятора соединен с выходом датчика тока аккумулятора, а выход - с входом системы управления преобразователя тока, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена многопозиционным переключателем и трехобмоточным трансформатором, первичная обмотка которого соединена с выходом валогенератора, первая и вторая вторичные обмотки трансформатора связаны соответственно с первым - четвертым входами многопозиционного переключателя, причем первый выход многопозиционного переключателя связан с преобразователем частоты, а второй выход - с преобразователем тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1