Судовая электроэнергетическая установка

Изобретение относится к судостроению, а именно к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, обмотки статоров которых через автоматические выключатели подключены к линии питания главного распределительного щита, трехфазные трансформаторы, первичная обмотка которых через автоматические выключатели подключена к линии питания главного распределительного щита, а две вторичные обмотки, соединенные в звезду и треугольник, подключены к входам 12-пульсных выпрямителей. Две вторичные обмотки вместе с автономными инверторами напряжения образуют преобразователи частоты, выход 12-пульсного выпрямителя подключен к входу автономного инвертора напряжения, к выходу которого подключен гребной электродвигатель, а также трехфазного трансформатора, к которому подключены остальные судовые потребители. На трансформаторе дополнительно размещена пара обмоток, соединенных в звезду и треугольник, которая подключена к дополнительному 12-пульсному выпрямителю, выходы выпрямителей подключены к входу трехуровневого автономного инвертора напряжения. Достигается высокий КПД. 1 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями.

Аналогом является, например, судовая электроэнергетическая установка (пат. ЕР 1641098 от 2006.03.29), содержащая двигатели внутреннего сгорания или турбины, вращающие роторы генераторов переменного тока, трехфазные обмотки статора которых подключены к трехфазной линии главного распределительного щита, к линии главного распределительного щита подключены первичные обмотки трансформаторов, а к вторичным обмоткам трансформаторов подключены входы преобразователей частоты, к выходам которых подключены гребные электродвигатели переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемой судовой электроэнергетической установке является изобретение «Marine propulsion system with reduced on-board network distortion factor» (патент WO 02/100716 A1), содержащее главные дизели, вращающие роторы главных синхронных генераторов, выводы трехфазных обмоток статоров которых подключены через автоматические выключатели к трехфазной линии питания главного распределительного щита. К трехфазной линии главного распределительного щита через автоматический выключатель подключены первичные обмотки трехфазных трансформаторов. Каждый из трансформаторов имеет две вторичные трехфазные обмотки, при этом фазы одной вторичной обмотки соединены звездой, а фазы второй вторичной обмотки соединены треугольником. Вторичные обмотки трансформаторов подключаются к входам выпрямителей, входящих в состав преобразователей частоты. Выходы выпрямителей подключаются к входу автономного инвертора напряжения, также входящего в состав преобразователей частоты. Выход инвертора напряжения подключается к обмотке гребного электродвигателя, соединенного с гребным винтом. Остальные судовые потребители подключаются к вторичной обмотке трехфазных трансформаторов, а первичная обмотка этих трансформаторов подключается к линии главного распределительного щита.

В данной судовой электроэнергетической установке гребные электродвигатели и все остальные судовые потребители электроэнергии получают электроэнергию от одной и той же электростанции, что повышает надежность электроснабжения и живучесть судна. Благодаря получению с помощью трансформаторов двух систем трехфазных напряжений, смещенных на 30 электрических градусов в составе преобразователей частоты применены 12-пульсные выпрямители, повышающие качество напряжения на выходе автономных инверторов и значит КПД гребных электродвигателей. Однако в качестве автономных инверторов напряжения, в составе преобразователей частоты, используются двухуровневые автономные инверторы напряжения (трехфазные, мостовые), которые характеризуются значительными искажениями формы тока и напряжения на их выходе, что ведет к росту потерь в гребных электродвигателях, которые от них запитываются. Увеличение потерь в гребных электродвигателях ведет к росту их нагрева, снижению срока службы, а также к снижению КПД всей установки, а значит к увеличению расходов при эксплуатации судна.

Предлагаемое изобретение позволит создать судовую электроэнергетическую установку с более высоким КПД.

Это достигается тем, что в предлагаемой судовой электроэнергетической установке гребные электродвигатели питаются от трехуровневых автономных инверторов напряжения, которые входят в состав преобразователей частоты. Для работы трехуровневого автономного инвертора напряжения требуется два гальванически развязанных источника постоянного тока, в качестве которых, согласно изобретению, используются два 12-пульсных выпрямителя. Для работы каждого 12-пульсного выпрямителя требуется две гальванически развязанные системы трехфазных напряжений, имеющих сдвиг фаз в 30 электрических градусов, которые получены путем размещения двух вторичных обмоток, соединенных в звезду и треугольник, на соответствующем трансформаторе. Поэтому для работы двух 12-пульсных выпрямителей, от которых запитывается трехуровневый автономный инвертор напряжения, который питает гребной электродвигатель, на трансформаторе расположены 4-е вторичные обмотки, соединенные по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник. Расположение 4-х вторичных обмоток на одном трансформаторе позволяет в большей степени компенсировать наличие гармоник, чем при использовании двух трансформаторов с двумя вторичными обмотками.

Выполнение в судовой электроэнергетической установке преобразователей частоты с трехуровневым автономным инвертором напряжения и двумя 12-пульсными выпрямителями, а также трансформатора с 4-я вторичными обмотками, предназначенного для обеспечения работы двух 12-пульсных выпрямителей позволяет снизить потери в гребных электродвигателях и в целом повысить КПД судовой электроэнергетической установки.

На чертеже показана структурная схема предлагаемой судовой электроэнергетической установки.

В изображенной на фиг. 1 структурной схеме судовой электроэнергетической установки выходной вал 2 первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором синхронного генератора 3, трехфазная обмотка которого, через автоматический выключатель 4 подключается к трехфазной линии 5 главного распределительного щита 6. Выходной вал 8 второго главного дизеля (или турбины) 7 соединен с ротором второго синхронного генератора 9, трехфазная обмотка которого, через автоматический выключатель 10 подключается к трехфазной линии 11 главного распределительного щита 6. Трехфазная линия 5 и трехфазная линия 11 могут быть соединены автоматическим выключателем 12.

К трехфазной линии 5 с помощью автоматического выключателя 13 подключается первичная обмотка 15 трансформатора 14, соединенная звездой. Две вторичные обмотки 16 и 17, соединенные по схемам звезда и треугольник, трансформатора 14, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 22, а две вторичные обмотки 18 и 19, также соединенные по схемам звезда и треугольник, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 21. Выпрямленные напряжения с выпрямителей 21 и 22, входящих в состав преобразователя частоты 20, поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 23, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 24, на валу которого установлен гребной винт 25.

К трехфазной линии 11 с помощью автоматического выключателя 26 подключается первичная обмотка 28 трансформатора 27, соединенная звездой. Две вторичные обмотки 29 и 30, соединенные по схемам звезда и треугольник, трансформатора 27, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 35, а две вторичные обмотки 31 и 32, также соединенные по схемам звезда и треугольник, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 34. Выпрямленные напряжения с выпрямителей 34 и 35, входящих в состав преобразователя частоты 33, поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 36, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 37, на валу которого установлен гребной винт 38.

К трехфазной линии 11 с помощью автоматического выключателя 39 подключается первичная обмотка 41 трансформатора 40, соединенная звездой. Вторичная обмотка 42 трансформатора 40, также соединенная звездой, с помощью автоматического выключателя 43 подключается к фидеру 44, питающего распределительные щиты судовых потребителей электроэнергии (не показаны на схеме).

Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом. После запуска главных дизелей 1 и 7, устройства регулирования напряжения и частоты синхронных генераторов 3 и 9 обеспечивают на выходе генераторов 3 и 9 номинальные напряжение и частоту. Затем автоматический выключатель 4 подключает трехфазную обмотку синхронного генератора 3 к линии 5, а автоматический выключатель 10 подключает обмотку синхронного генератора 9 к линии 11 главного распределительного щита 6. Перед включением автоматического выключателя 12 производится синхронизация синхронных генераторов 3 и 9. После включения автоматического выключателя 12 трехфазные линии 5 и 11 соединены и синхронные генераторы 3 и 9 будут работать параллельно.

При замыкании автоматического выключателя 13 к трехфазной линии 5 подключается первичная обмотка 15 трансформатора 14, соединенная звездой. Напряжения с вторичных обмоток 16 и 17 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 22, а напряжения с вторичных обмоток 18 и 19 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 21. Обязательным условием работы 12-пульсных выпрямителей 21 и 22 преобразователя частоты 20, является подключение к их входам двух систем, гальванически развязанных трехфазных напряжений, сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов, что достигается в данной установке, путем чередования схем соединения вторичных обмоток трансформатора 14. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 21 и 22 поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 23, и с выхода инвертора 23 управляемое переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 24, вращающий винт 25.

Аналогичным образом будет работать вторая гребная установка. При замыкании автоматического выключателя 26 к трехфазной линии 11 подключается первичная обмотка 28 трансформатора 27, соединенная звездой. Напряжения с вторичных обмоток 29 и 30 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 35, а напряжения с вторичных обмоток 31 и 32 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 34. Обязательным условием работы 12-пульсных выпрямителей 34 и 35 преобразователя частоты 33, является подключение к их входам двух систем, гальванически развязанных трехфазных напряжений, сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов, что достигается в данной установке, путем чередования схем соединения вторичных обмоток трансформатора 27. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 34 и 35 поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 36, и с выхода инвертора 36 управляемое переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 37, вращающий винт 38.

Для обеспечения электроэнергией остальных судовых потребителей к линии 11 главного распределительного щита 6 через автоматический выключатель 39 подключается первичная обмотка 41 трансформатора 40, соединенная звездой. Вторичная обмотка 42 трансформатора 40 также соединенная звездой через автоматический выключатель 43 подключается к фидеру 44, от которого питаются распределительные щиты судовых потребителей электроэнергии (не показаны на схеме).

Таким образом, в предлагаемой судовой электроэнергетической установке преобразователей частоты с трехуровневым автономным инвертором напряжения и двумя 12-пульсными выпрямителями, а также трансформатора с 4-я вторичными обмотками, предназначенного для обеспечения работы двух 12-пульсных выпрямителей позволяет снизить потери в гребных электродвигателях и в целом повысить КПД судовой электроэнергетической установки.

Показатели потерь в гребных электродвигателях и КПД судовой электроэнергетической установки могут быть дополнительно улучшены путем дальнейшего увеличения числа уровней у автономных инверторов напряжения, входящих в состав преобразователей частоты. Применение преобразователей частоты на базе четырехуровневого или пятиуровневого автономного инвертора напряжения позволяет в большей степени снизить потери в гребных электродвигателях и повысить КПД судовой электроэнергетической установки. Для обеспечения работы четырехуровневого автономного инвертора напряжения требуется три 12-пульсных выпрямителя, а для обеспечения работы трех 12-пульсных выпрямителей требуется трансформатор с 6-ю вторичными обмотками, соединенными по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник. Для обеспечения работы пятиуровневого автономного инвертора напряжения требуется четыре 12-пульсных выпрямителя, а для обеспечения работы четырех 12-пульсных выпрямителей требуется трансформатор с 8-ю вторичными обмотками, соединенными по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник.

Судовая электроэнергетическая установка, содержащая главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, обмотки статоров которых через автоматические выключатели подключены к линии питания главного распределительного щита, трехфазные трансформаторы, первичная обмотка которых через автоматические выключатели подключены к линии питания главного распределительного щита, а две вторичные обмотки, соединенные в звезду и треугольник, подключены к входам 12-пульсных выпрямителей, которые вместе с автономными инверторами напряжения образуют преобразователи частоты, выход 12-пульсного выпрямителя подключен к входу автономного инвертора напряжения, к выходу которого подключен гребной электродвигатель, а также трехфазного трансформатора, к которому подключены остальные судовые потребители, отличающаяся тем, что на трансформаторе дополнительно размещена пара обмоток, соединенных в звезду и треугольник, которая подключена к дополнительному 12-пульсному выпрямителю, выходы выпрямителей подключены к входу трехуровневого автономного инвертора напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в оптимизации работы генераторов.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с синхронным генератором, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователь частоты, гребной электродвигатель, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, число которых равно числу обмоток генератора, систему управления, датчик напряжения, трехфазные контакторы с электромагнитным приводом, число которых равно удвоенному числу обмоток генератора плюс один.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Гребная электроэнергетическая установка содержит два тепловых двигателя, два трехфазных электрических генератора, два трехфазных двухполупериодных выпрямителя напряжения, два конденсатора звена постоянного тока, трехуровневые инверторы напряжения, гребные электродвигатели, работающие каждый на свой винт.

Изобретение относится к транспорту, в частности к конструкциям винтовых движителей. Лопастный электромагнитный движитель содержит корпус с установленными в нем магнитными элементами чередующейся полярности, представляющими собой вторичный элемент синхронной машины, лопасти, установленные внутри корпуса на оси вращения посредством по меньшей мере одной центрирующей опоры, по меньшей мере два электромагнита, установленные на концевой части лопасти, представляющие собой первичный элемент синхронной машины, токосъемный узел электроснабжения электромагнитов, по меньшей мере один датчик положения ротора.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе содержит тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и обратимый статический преобразователь частоты.

Изобретение относится к электроэнергетическим системам судов. Способ управления торможением и реверсом гребных электродвигателей заключается в поочередном рекуперативном торможении двигателей судна.

Группа изобретений относится к судовым гребным электрическим установкам, обеспечивающим экономичные режимы движения, и способу их работы. Электромеханический привод гребного винта судна содержит: судовой валопровод с гребным винтом, дейдвудным, опорным и упорным подшипниками; зубчатый редуктор, имеющий выходной и несколько входных валов; установленное на выходном валу в корпусе редуктора цилиндрическое зубчатое колесо с двумя зубчатыми венцами; следящие электроприводы; блоки управления следящими электроприводами; главный блок управления; датчики углового положения выходного вала каждого следящего электропривода; датчик углового положения выходного вала редуктора, соединенный интерфейсной шиной с главным блоком управления, при этом зубья каждого из двух зубчатых венцов колеса образованы циклоидальной поверхностью, взаимодействуя с шестерней, выполненной в виде цилиндрического эксцентрика с установленным на нем подшипником, образуя эксцентриково-циклоидальную передачу; входные валы зубчатого редуктора установлены вокруг каждого зубчатого венца колеса.

Изобретение относится к судостроению, в частности к единым электроэнергетическим установкам судов большой мощности. Единая электроэнергетическая установка судна содержит главные, первичные, тепловые двигатели, электрические генераторы, автоматические выключатели, инверторы напряжения с накопительными конденсаторами, согласующий электрический преобразователь, накопитель энергии и гребные электродвигатели, систему управления единой электроэнергетической установкой, согласующий трансформатор, щит вторичного электропитания, аварийный (стояночный) дизель-генератор и потребители собственных нужд.

Использование - в области электротехники, судостроения. Технический результат - повышение надежности и КПД, расширение функциональных возможностей электроэнергетической установки.

Изобретение относится к судостроению, а именно к устройству охлаждения силовой установки судна. Устройство охлаждения силовой установки включает верхнюю часть (22) с верхним концом части (100), которая проходит через канал (Р1) и образована между первым наружным дном (11) и вторым внутренним дном (12) судна (10).

Изобретение относится к области судостроения, в частности к скоростным глиссерным судам. Предложено скоростное глиссерное судно, включающее корпус, двигатель, привод передачи крутящего момента от двигателя к гребному винту, гребной винт, рулевое управление, причем в качестве двигателя использован электродвигатель с гидравлическим приводом передачи крутящего момента к гребному винту, установленному под носовой частью корпуса судна, при этом под бортами корпуса судна установлены поворотные стабилизаторы, предназначенные для компенсации качки, поворота судна и перевода судна из надводного положения в подводное и обратно, в корпусе судна предусмотрен также резервуар гидробалласта.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям движительно-рулевых колонок. Движительно-рулевая колонка содержит полноповоротную водообтекаемую гондолу цилиндрической конструкции, установленную на днище судна посредством вертикально установленного полого ствола, два гребных электродвигателя и два гребных винта.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с синхронным генератором, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователь частоты, гребной электродвигатель, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, число которых равно числу обмоток генератора, систему управления, датчик напряжения, трехфазные контакторы с электромагнитным приводом, число которых равно удвоенному числу обмоток генератора плюс один.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Гребная электроэнергетическая установка содержит два тепловых двигателя, два трехфазных электрических генератора, два трехфазных двухполупериодных выпрямителя напряжения, два конденсатора звена постоянного тока, трехуровневые инверторы напряжения, гребные электродвигатели, работающие каждый на свой винт.

Электроэнергетическая система морской буровой платформы содержит дизельные двигатели и синхронные генераторы, главный распределительный щит, автономные инверторы напряжения, электроприводы переменного тока бурового насоса, роторного стола и спуско-подъемного механизма, измерительные блоки, общий активный выпрямитель, водоподогреватель опреснительной установки, регулятор мощности водоподогревателя опреснительной установки, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к винторулевой колонке судна. Винторулевая колонка содержит корпус винторулевой колонки, который расположен по меньшей мере частично под корпусом судна, ходовой электродвигатель в моторной гондоле корпуса винторулевой колонки, кольцевой зазор между ротором и статором ходового электродвигателя и газовые каналы, проходящие через ротор, замкнутый контур газового охлаждения и вентилятор для циркуляции газа в замкнутом контуре газового охлаждения.

Изобретение относится к винторулевой колонке судна. Винторулевая колонка содержит корпус винторулевой колонки, который расположен по меньшей мере частично под корпусом судна, ходовой электродвигатель в моторной гондоле корпуса винторулевой колонки, кольцевой зазор между ротором и статором ходового электродвигателя и газовые каналы, проходящие через ротор, замкнутый контур газового охлаждения и вентилятор для циркуляции газа в замкнутом контуре газового охлаждения.

Система управления электродвижительным комплексом судов ледового класса и ледоколов содержит систему управления движительно-рулевой колонкой и судна в целом, систему электродвижения.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе содержит тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и обратимый статический преобразователь частоты.

Изобретение относится к области морской подводной техники, а именно к конструкциям двигательно-движительных установок подводных аппаратов. Двигательно-движительная установка подводного аппарата содержит высокоскоростной электродвигатель, редуктор, узел уплотнения и движитель.

Изобретение относится к судостроению, а именно к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, обмотки статоров которых через автоматические выключатели подключены к линии питания главного распределительного щита, трехфазные трансформаторы, первичная обмотка которых через автоматические выключатели подключена к линии питания главного распределительного щита, а две вторичные обмотки, соединенные в звезду и треугольник, подключены к входам 12-пульсных выпрямителей. Две вторичные обмотки вместе с автономными инверторами напряжения образуют преобразователи частоты, выход 12-пульсного выпрямителя подключен к входу автономного инвертора напряжения, к выходу которого подключен гребной электродвигатель, а также трехфазного трансформатора, к которому подключены остальные судовые потребители. На трансформаторе дополнительно размещена пара обмоток, соединенных в звезду и треугольник, которая подключена к дополнительному 12-пульсному выпрямителю, выходы выпрямителей подключены к входу трехуровневого автономного инвертора напряжения. Достигается высокий КПД. 1 ил.

Наверх