Гребная электрическая установка переменного тока

Гребная электрическая установка переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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