КП танкер мощностью 450. Образовательное учреждение высшего образования сибирский государственный университет водного транспорта
 Скачать 0.93 Mb.
|
 На структурной схеме судовой электроэнергетической установки (вариант 1) выходной вал первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором 2 синхронного генератора 3, на статоре которого находятся три изолированные друг от друга аналогичные трехфазные обмотки: трехфазная обмотка 4, трехфазная обмотка 5 и трехфазная обмотка 6. Трехфазные обмотки 4, 5 и 6 размещены на статоре синхронного генератора 3 таким образом, чтобы одноименные линейные напряжения трехфазных обмоток 4, 5 и 6 совпадали по фазе. Выводы трехфазной обмотки 4 через автоматический выключатель 7 подключаются к трехфазной линии 8 главного распределительного щита 9, выводы трехфазной обмотки 5 через автоматический выключатель 10 подключаются к трехфазной линии 11 главного распределительного щита 9, а выводы трехфазной обмотки 6 через автоматический выключатель 12 подключаются к трехфазной линии 13 главного распределительного щита 9. Трехфазные линии 8, 11 и 13 изолированы друг от друга. Выходной вал второго главного дизеля (или турбины) 14 соединен с ротором 15 второго синхронного генератора 16, на статоре которого находятся трехфазная обмотка 17, трехфазная обмотка 18 и трехфазная обмотка 19, при этом трехфазные обмотки 17, 18 и 19 между собой гальванически не соединены. Трехфазные обмотки 17, 18 и 19 аналогичны по параметрам и размещены на статоре синхронного генератора 16 таким образом, чтобы одноименные линейные напряжения трехфазных обмоток 17, 18 и 19 совпадали по фазе. Выводы трехфазной обмотки 17 через автоматический выключатель 20 подключаются к трехфазной линии 21 главного распределительного щита 9, выводы трехфазной обмотки 18 через автоматический выключатель 22 подключаются к трехфазной линии 23 главного распределительного щита 9, а выводы трехфазной обмотки 19 через автоматический выключатель 24 подключаются к трехфазной линии 25 главного распределительного щита 9. Трехфазные линии 21, 23 и 25 изолированы друг от друга. При выполнении условий синхронизации напряжений синхронных генераторов 3 и 16 трехфазная линия 8 и трехфазная линия 21 могут быть соединены автоматическим выключателем 26, трехфазная линия 11 и трехфазная линия 23 могут быть соединены автоматическим выключателем 27, а трехфазная линия 13 и трехфазная линия 25 могут быть соединены автоматическим выключателем 28. К трехфазным линиям 8, 11 и 13 с помощью автоматических выключателей соответственно 29 и 30 и 31 подключаются входы трехфазных выпрямителей 32, 33 и 34 соответственно, которые входят в состав преобразователя частоты 35. Выпрямленное напряжение с выходов выпрямителей 32, 33 и 34 подается на вход многоуровнего инвертора напряжения 36, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 37, на валу которого установлен гребной винт 38. К трехфазным линиям 21, 23 и 25 с помощью автоматических выключателей 39, 40 и 41 подключаются соответственно входы выпрямителей 42, 43 и 44, которые входят в состав преобразователя частоты 45. Выпрямленное напряжение с выходов выпрямителей 42, 43 и 44 подается на вход многоуровнего инвертора напряжения 46, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 47, на валу которого установлен гребной винт 48. К трехфазной линии 21 с помощью автоматического выключателя 49 подключается первичная обмотка трехфазного трансформатора 50. Вторичная обмотка трансформатора 50 с помощью автоматического выключателя 51 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53 судовых потребителей электроэнергии. К трехфазной линии 23 с помощью автоматического выключателя 54 подключается первичная обмотка трехфазного трансформатора 55. Вторичная обмотка трансформатора 55 с помощью автоматического выключателя 56 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53. К трехфазной линии 25 с помощью автоматического выключателя 57 подключается первичная обмотка трехфазного трансформатора 58. Вторичная обмотка трансформатора 58 с помощью автоматического выключателя 59 также подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53. Аварийный дизель 60 вращает ротор аварийного синхронного генератора 61. Трехфазная обмотка статора синхронного генератора 61 с помощью автоматического выключателя 62 подключается к трехфазной линии 63 аварийного распределительного щита 64, а трехфазная линия 63 с помощью автоматического выключателя 65 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53 судовых потребителей электроэнергии. В состав судовой электроэнергетической установки входят также стояночный дизель 66, вращающий ротор стояночного генератора 67, который с помощью автоматического выключателя 68 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53. Автоматический выключатель 69 подключает к трехфазной линии 52 кабель 70, с помощью которого на судно подается питание с берега. Автоматические выключатели 71 подают питание от трехфазной линии 52 распределительного щита 53 на фидеры 72, питающие распределительные щиты судовых потребителей электроэнергии (не показаны на схеме). Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом. После запуска главных дизелей 1 и 14 устройства регулирования напряжения и частоты синхронных генераторов 3 и 16 обеспечивают на выходе трехфазных обмоток 4, 5 и 6 синхронного генератора 3 и на выходе трехфазных обмоток 17, 18 и 19 синхронного генератора 16 номинальные напряжение и частоту. Затем автоматические выключатели 7, 10 и 12 подключают трехфазные обмотки 4, 5 и 6 синхронного генератора 3 к линиям 8, 11 и 13, а автоматические выключатели 20, 22 и 24 подключают трехфазные обмотки 17, 18 и 19 синхронного генератора 16 к линиям 21, 23 и 25 главного распределительного щита 9. Перед включением автоматических выключателей 26, 27 и 28 производится синхронизация синхронных генераторов 3 и 16, при этом достаточно обеспечить условия синхронизации генераторов 3 и 16 только по напряжениям на одной паре трехфазных обмоток, например 4 и 17, так как синхронизация напряжений на других парах обмоток на 5 и 18 и на 6 и 19 также будет обеспечена. Это является следствием того, что, как было отмечено выше, трехфазные обмотки 4, 5 и 6 аналогичны и размещены на статоре генератора 3 так, чтобы одноименные напряжения на обмотках 4, 5 и 6 совпадали по фазе; также аналогичны трехфазные обмотки 17, 18 и 19 и размещены на статоре генератора 16 так, чтобы одноименные напряжения на обмотках 17, 18 и 19 совпадали по фазе. После включения автоматических выключателей 26, 27 и 28 трехфазные линии 8 и 21, трехфазные линии 11 и 23 и трехфазные линии 13 и 25 будут соединены и синхронные генераторы 3 и 16 будут работать параллельно. При замыкании автоматических выключателей 29, 30 и 31 к трехфазным линиям 8, 11 и 13 подключаются входы трехфазных выпрямителей 32, 33 и 34 соответственно преобразователя частоты 35. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 32, 33 и 34 поступают на вход многоуровнего инвертора 36, и с выхода инвертора 36 управляемое по амплитуде и частоте переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 37, вращающий винт 38. Аналогичным образом будет работать вторая гребная установка: автоматические выключатели 39, 40 и 41 подают трехфазные напряжения с линий 21, 23 и 25 на входы трехфазных выпрямителей 42, 43 и 44 преобразователя частоты 45. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 42, 43 и 44 поступают на вход многоуровнего инвертора 46, и с выхода инвертора 46 управляемое переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 47, вращающий винт 48. Для обеспечения электроэнергией остальных судовых потребителей используются трехфазные трансформаторы 50, 55 и 58. Первичная обмотка трансформатора 50 с помощью автоматического выключателя 49 подключается к линии 21 главного распределительного щита 9. Первичная обмотка трансформатора 55 с помощью автоматического выключателя 54 подключается к линии 23, а первичная обмотка трансформатора 58 с помощью автоматического выключателя 57 подключается к линии 25 главного распределительного щита 9. Вторичные обмотки трехфазных трансформаторов 50, 55 и 58 с помощью автоматических выключателей 51, 56 и 59 подключаются параллельно к одной трехфазной линии 52 распределительного щита 53 судовых потребителей. Как было отмечено выше, одноименные выходные напряжения трехфазных обмоток 4, 5 и 6 синхронного генератора 3 равны и совпадают по фазе. Одноименные выходные напряжения трехфазных обмоток 17, 18 и 19 синхронного генератора 16 также равны и совпадают по фазе. Синхронные генераторы 3 и 16 синхронизированы и включены на параллельную работу. Значит, одноименные трехфазные напряжения трехфазных линий 21, 23 и 25 имеют равные амплитуды, частоты и фазы, и тогда при одинаковой схеме включения первичных и вторичных обмоток трехфазных трансформаторов 50, 55 и 58, а также при одинаковом коэффициенте трансформации трансформаторов 50, 55 и 58 вторичные обмотки трансформаторов 50, 55 и 58 могут быть включены параллельно на одну трехфазную линию 52. В случае необходимости запускается дизель 60, вращающий ротор трехфазного аварийного генератора 61, обмотка статора которого через автоматический выключатель 62 подключается к трехфазной линии 63 аварийного распределительного щита 64. Линия 63 через автоматический выключатель 65 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53 судовых потребителей. В случае аварии на главных генераторах 3 и 16 аварийный генератор 61 обеспечивает питанием судовые потребители, а также может обеспечить через трансформаторы 50, 55 и 58 электроэнергией гребные установки в частичных режимах. На стоянке дизель 66 вращает ротор стояночного генератора 67, статор которого через автоматический выключатель 68 подключается к трехфазной линии 52 распределительного щита 53 судовых потребителей и обеспечивает электроэнергией судовые потребители. Через автоматический выключатель 69 к линии 52 может также подключаться кабель 70 питания с берега. Распределительные щиты судовых потребителей через автоматические выключатели 71 и фидеры 72 подключаются к трехфазной линии 52 распределительного щита 53. Использование в составе судовой электроэнергетической установки синхронных генераторов с тремя изолированными друг от друга обмотками на статоре позволяет получить после выпрямления три гальванически развязанных источника постоянного напряжения, что дает возможность использовать в составе преобразователей частоты многоуровневые инверторы. Многоуровневые инверторы по сравнению с обычными инверторами, использованными в прототипе, позволяют получить ряд положительных результатов: - уменьшить искажения синусоидального напряжения, подаваемого на гребные электродвигатели, за счет чего в гребных электродвигателях снижаются потери мощности и повышается к.п.д. судовой электроэнергетической установки в целом; - уменьшить уровень помех, вносимых преобразователями частоты в единую электроэнергетическую систему, от которой получают питание все судовые потребители электроэнергии; - снизить скорости изменения тока и напряжения на ключах преобразователя частоты, что повышает надежность работы преобразователей частоты. При этом необходимые для работы многоуровневых преобразователей частоты большой мощности трехфазные источники напряжения получены в предлагаемой судовой электроэнергетической установке без использования трансформаторов с несколькими вторичными обмотками, а напрямую от главных синхронных генераторов с несколькими изолированными друг от друга обмотками на статоре. Питание остальных судовых потребителей, имеющих меньшую суммарную мощность, чем гребные электроприводы, обеспечивается через трансформаторы. При этом по величине напряжение на выходе синхронных генераторов, которое используется для питания гребных электроприводов, и стандартное напряжение на выходе вторичных обмоток трансформаторов, которое используется для питания остальных судовых потребителей (380 В, 50 Гц), могут быть различными. Это дает возможность применения синхронных генераторов и гребных электродвигателей с более высокими уровнями напряжений и меньшими токами, что позволяет снизить стоимость электрических машин. Таким образом, исключение в предлагаемой судовой электроэнергетической установке в отличие от прототипа в электрической цепи между синхронными генераторами и гребными электроприводами, являющимися главными потребителями электроэнергии, промежуточных преобразователей электроэнергии - трансформаторов, повышает к.п.д., снижает массу и габариты судовой электроэнергетической установки. А применение многоуровневых инверторов позволяет повысить надежность работы судовой электроэнергетической установки. В том случае когда одноименные напряжения фаз трехфазных обмоток 4, 5 и 6 совпадают по фазе, как в судовой электроэнергетической установке, изображенной на фиг.1, одноименные фазы трехфазных обмоток 4, 5 и 6 должны быть размещены в одних и тех же пазах статора генератора 3. При этом взаимно индуктивная связь одноименных фаз трехфазных обмоток 4, 5 и 6 будет максимальной. Тогда коммутационные импульсные помехи, создаваемые преобразователем частоты 35, например, в фазах трехфазной обмотки 4, вызовут в фазах трехфазных обмоток 5 и 6 наибольшие искажения выходных напряжений. Это будет снижать качество напряжения и на выходе преобразователя частоты 35, что снизит к.п.д. гребного электродвигателя 37 и ухудшит условия работы остальных судовых потребителей единой электроэнергетической сети, подключенных к фидерам 72. Точно так же при совпадении по фазе одноименных напряжений трехфазных обмоток 17, 18 и 19 в судовой электроэнергетической установке, изображенной на фиг.1, одноименные фазы трехфазных обмоток 17, 18 и 19 должны быть размещены в одних и тех же пазах статора генератора 16. При этом взаимно индуктивная связь одноименных фаз трехфазных обмоток 17, 18 и 19 будет максимальной и максимальными будут искажения выходных напряжений трехфазных обмоток 17, 18 и 19, обусловленные взаимно индуктивной связью одноименных фаз и коммутационными импульсными помехами. Уровень помех, создаваемых преобразователями частоты, в единой судовой электроэнергетической установке можно уменьшить. |