Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Курсовой проект

Проектирование автоматических гребных электроустановок

Одесса 2011

Содержание расчетно-пояснительной записки

1. Введение и сокращения

2. Выбор электрических машин

3. Схема главного тока

4. Частичные режимы

5. Система возбуждения

5.1 Система возбуждения генераторов

5.2 Система возбуждения ГЭД

6.Тиристорный преобразователь частоты

7. Защиты, блокировки и сигнализация

8. Автоматизация ГЭУ

9. Расчет и построение статических характеристик

9.1 Формирование характеристик

9.2 Расчет и построение статических характеристик синхронного ГЭД при пуске от ТПЧ

10. Технико-экономическое обосновние

11.Список литературы

1. Введение и сокращения

В современном судостроении выделяется устойчивая тенденция применения на электроходах ГЭУ переменного тока с использованием тиристорных преобразователей частоты, построенных на силовых тиристорах, со звеном постоянного тока, то есть системе СГ--УВ--АИ--СД.

Применение синхронных ГЭД обусловлено их преимуществами: возможность синхронизации валов в двухвалъных установках, обеспечение высокого коэффициента мощности. Применение бесщёточных синхронных машин ещё больше повышает конкурентоспособность их в сравнении с асинхронными.

Современные средства автоматизации позволяют выполнить управление ГЭУ (ПЧ, напряжение и током возбуждения ГЭД) по оптимальному закону.

Перечень сокращений и обозначений

АГ - автомат генераторный

АД - автомат двигателя

АГУ - автоматизированная гребная установка

АСУ - автоматизированная система управления

АЦП-ЦАП - аналогово-цифровой и цифро-аналогичный преобразователь

АРН - автоматический регулятор напряжения

БУВ - блок управления выпрямителя

БУИ - блок управления инвертором

ГГ - гребной генератор

ГЭД - гребной двигатель

ДАУ-ДГ - дистанционная система автоматизированного управления дизель-генератором

ДК - декодер

КВГ - контактор возбуждения генератора

КФ - контактор форсировки возбуждения

МЦК - вычислительная машина централизованного контроля

РП - реверсивный переключатель

СГ-СД - синхронный генератор, двигатель

СВГ, СВД - система возбуждения генератора, двигателя

СН - собственные нужды

ТПЧ - тиристорный преобразователь частоты

УВМ - управляющая вычислительная машина

УСГ - устройство синхронизации генераторов

УС - устройство сопряжения

УК - устройство кодирования

УРЧН - устройство распределения нагрузки

УОПИ - устройство обработки и представления информации

УУИ, УУС - устройства унификации информации, управляющих сигналов

ШК, ШИ - шины команд, шины информации

ЦПУ - центральный пост управления

2.Выбор электрических машин

Выбор ГЭД

Предварительно ГЭД выбирают по буксировочной мощности.

Р_д= Р_д/2=2643,3942 (т.к. ГЭД двухвальная) где Р_д - суммарная мощность ГЭД; Р_б - буксировочная мощность; К_н = 1,11,15 - коэффициент, учитывающий нелинейное искажение ТПЧ; К_л = 1,07- коэффициент учитывающий увеличение мощности в ледовых условиях; _вп =0,98 -КПД валопровода, _к = 0,95 - коэффициент запаса на ухудшение состояния корпуса; _в = 0,65 - КПД винта.

Таблица 1

Тип	Мощность, кВт	Напряжение В	Частота обращения,об/мин	кпд	сosц	Ток А	Mn кНм	Момент инерции кг?м?м	Мmax/Mн о.е.
ГЭД- СДМ 2800- 167	2800	400	167	0,95	0,95	4480	160	1550	1,9

Тип ГЭД - СДМ 2800 - 167: U = 400V; P=2800 кВт; =167 об/мин.; КПД =0,95; cos = 0,95 - опережающий; I =4480A; М_н =160 к Нм ; М_ин = 1550кг•м³

Выбор статических преобразователей

Из существующих схем тиристорных преобразователей частоты в ГЭУ предпочтение отдают ТПЧ со звеном постоянного тока (УВ-И), так как они обеспечивают очень широкий диапазон регулирования частоты вращения (практически от нуля до номинальной, а также вверх от номинальной). В качестве выпрямителя могут использоваться управляемые трехфазные мостовые схемы.

Применение тиристорных управляемых выпрямителей позволяет регулировать напряжение на ТПЧ при неизменной его величине на шинах ГЭУ, от которых выполнять питание прочих судовых потребителей, то есть такие NGX применяемые в единых электроэнергетических системах. В качестве инверторов в ГЭУ преимущественно находят применение автономные инверторы напряжения (АИН), так и автономные инверторы тока АИТ.

Для разрабатываемой системы управления ГЭУ по системе СГ-ТПЧ-АД- ВФШ необходимы два ТПЧ с УВ со следующими техническими характеристиками. U=400 V; I= 5000A; P=2800кВт; КПД=0,9.

Выбор числа и мощности генераторов

Число генераторов выбирается учетом основных характеристик ГЭУ - числа валов (ГЭД) автономности, мощности в одном агрегате и так далее.

Суммарная мощность генераторов для неавтономных ГЭУ (с единой электроэнергетической системой) потребляемых на ходу:

Где _д=КПД ГЭД ; Р_с.н.- мощность потребителей собственных нужд (отбора мощности в ходовом и маневренном режимах, выбирают 8-10%) _тп-КПД преобразователя (_тп 0,95 0,96 для ТПЧ с управляемым выпрямителем.)

Суммарная мощность генераторов, потребляемая в техническом режиме на стоянке:



где мощность, потребляемая на стоянке, 20% от РD?-мощности ГЭД.

Полученную суммарную мощность делим на число генераторов, по полученному результату выбирают генераторы из каталога, предварительно увеличив мощность на 15%, для ТПЧ с управляемыми выпрямителями (поправка на нелинейном искажении, вызванные ТПЧ)

Число генераторов-4.

Из каталога выбираем СГ со следующими техническими характеристиками:

ТК2-2, n= 3000 об / мин (p=1); Р_а= 2500 кВА; Р = 2000 кВт; I=2890A ; m =13,5т, Мин =450кг мЧм; J=59,5кг мЧм, з=0,94.

В соответствии с выше указанным типом генератора выбираем следующий первичный двигатель: CATERPILLAR DM3094, мощность на выходе: 1800 кВт (2250кВА).

3. Схема главного тока

Для обеспечения динамических режимов в ГЭУ с ТПЧ возможно несколько вариантов:

а) схема главного тока набрана так же, как в обычном режиме: генераторы работают на общие сборные шины, от которых получают питание ГЭД и другие потребители,

б) при выполнении маневренных режимов от одной секции получает питание ТПЧ ГЭД, от другой прочие потребители;

в) На шины потребителей собственных нужд работает отдельный, например стояночный генератор, а от шин электродвижение ТПЧ питает ГЭД,

г) в автономных ГЭД на время маневренных режимов выполняют секционирование шин с целью раздельного управления ГЭД (двухвальные установки).

На рисунке (1) представлена схема главного тока двухвальной ГЭУ контей-неровоза. Схема состоит из четырёх генераторов одинаковой мощности, работающих на общую шину и подключаемых к ней по средством генераторных автоматов QS1, QS2, QS3, QS4.

В основном ходовом и маневренном режимах обязательна параллельная работа трех генераторов, обеспечивающих необходимую мощность для электродвижения и питания потребителей собственных нужд (шина потребителей собственных подключается к главной шине посредством автоматического выключатель QF3). Четвертый генератор является резервным. Необходимую мощность на стоянке с грузовыми операциями, обеспечивают два параллельно работающих генератора, питание грузовых механизмов идет через ТПЧ, через автоматический выключатель QF4.

4.Частичные режимы

В автономных ГЭУ с управляемыми выпрямителями (СГ-СД),где управление напряжением на выпрямителе осуществляется путём регулирования напряжения (возбуждения) генератора, отбор полной мощности оставшихся в работе генераторов не может быть осуществлён, так как их напряжение будет ниже номинального. Для минимизации реактивного тока ГЭД его поток (учитывается ненасыщенность магнитопровода и ток возбуждения) должен снижаться пропорционально частоте, а напряжение - пропорционально квадрату частоты, то есть система управления должна реализовывать закон, близкий к оптимальному:

В предположении, что ток оставшихся в работе генераторов равен номинальному, ток ГЭД будет:

m-число работающих генераторов в номинальном режиме;

mн-число установленных генераторов.

Для нормального потокосцепления синхронной машины и поддержания Cosц близкими единице, ток возбуждения вручную или автоматически регулируют в функции тока статора, поэтому в оценочных расчётах принять его равным (в о.е.) току статора:

Момент на валу ГЭД приравненный к электромагнитному моменту будет (в о.е.):

В статике момент ГЭД равен моменту на винте, который пропорционален частоте вращения во второй степени. Отсюда частота вращения в частичном ре жиме:

Частота вращения ГЭД определяется частотой тока, получаемого ГЭД от выпрямителя:

Мощность генератора без учёта потерь в выпрямителе (в о.е.) при номинальном токе:

,

так как напряжение изменяется пропорционально частоте тока ГЭД.

ГЭУ состоит из четырёх генераторов мощностью 1800кВт, два управляемых тиристорных выпрямителя, питающим ГЭД мощностью по 2800 кВт каждый.

Частичными называются режимы ГЭУ, в которых число работающих на ГЭД генераторов меньше их числа в основном номинальном режиме.

В частичном режиме с одним генератором:

В частичном режиме с двумя генераторами:

В частичном режиме с тремя генераторами:

В частичном режиме с четырьмя генераторами:

5.Системы возбуждения

5.1 Системы возбуждения генераторов

В ГЭУ по системе СГ-ТПЧ-СД необходимо регулирование напряжения на статоре ГЭД одновременно с регулированием частоты тока по оптимальному закону: U=U_н·cf^x; где 1<x<2. Для приводов с вентиляторным характером нагрузки, те к которым и относятся и ГЭУ, более близким к оптимальному является квадратичный закон (х=2). Регулирование ГЭУ по оптимальному закону осуществляет АСУ, которая в системе СГ-ТПЧ-СД регулирования выполняется так же по двум каналам : по напряжению и частоте, регулирование, по напряжению в ГЭУ с отбором мощности выполняемая в цепи управления тиристорным выпрямительным мостом. В современных ГЭУ предпочтение отдается СБГ (судовой бесщеточный генератор). В ГЭУ как автономных, так и неавтономных, используют преимущественно независимое возбуждение гребных генераторов в которых цепь возбуждения получает питание от независимых источников, а управление током возбуждения возлагается на автоматизированную систему (регулятор напряжения), реагирующую на изменение нагрузки (I) напряжение и cos. Пример такой схемы приведен на рисунке (2)

Система управления возбуждения генератора G1 (СУВГ1) включает в себя два канала регулирования: по направлению от 1TV через дроссель корректора по частоте L2 и выпрямительный мост сигнал подается на вход суммирующего усилителя У1; по току нагрузки генератора - от трансформатора тока 1ТА через выпрямительный мостик на вход У1. Третий вход У1 служит для задания и включения в работу СУВМ с пульта управления ГЭУ. Включение 1ТМ и 1 ТА выполнено на разные фазы, благодаря чему осуществляется управление напряжением G1 по принципу непрямого фазового компаундирования, т.е. увеличение не только тока нагрузки, но и угла сдвига фаз (уменьшение cos) вызывает увеличение тока возбуждения. Суммарный управляющий сигнал с У1 поступает на схему импульсно - фазового управления (СИФУ), а через блок импульсных трансформаторов (БИТ)- на управляющие электроды тиристоров полупроводникового возбудителя генератора G1 (Т1Т2). Дроссель L1 и конденсатор С1 являются фильтром, а R1 - разрядный резистор обмотки возбуждения возбудителя генератора. Питание тиристорного возбудителя выполнено от шин собственных нужд (с.н.) через понижающий трансформатор 1TV2, который является разделительным и согласующим вход моста и источник питания (380В). Питание У1,СИФУ и БИТ осуществляется от БП. Резервная схема возбуждения СУВГР может включаться вместо основной на любом генераторе. Для этого на ПУ нажатием кнопки ВКЛ Г1 подается питание на катушки контакторов 1К1,1К2; контакторами которых основная схема СУВГ1 отключается ,а вместо нее к G1 подключается резервная СУВГР. Аналогично резервную схему возбуждения можно подключить к генераторам G2 (G3,G4) нажатием кнопки ВКЛ Г2 (Вкл Г3, Вкл Г4), а отключить (восстановить основную)- нажатием кнопки ОТКЛ Г2 (ОТКЛ Г3; ОТКЛ Г4)

5.2 Схема возбуждения ГЭД

В ГЭУ для возбуждения гребных электродвигателей используют независимые от схем гребного тока источники питания, так как управление режимом работы ГЭД должно осуществляться как по каналам силовой цепи (напряжения, частота, ток), так и по цепи возбуждения (поток), причем должна быть возможность независимого управления ими. В современных ГЭУ преимущественное применение находят тиристорные схемы возбуждения. При любом числе ГЭД предусматривают хотя бы один резервный возбудитель, а если ГЭД различается по характеристикам возбуждения, то на каждый тип ГЭД.

На рис.(3) приведена принципиальная схема возбуждения синхронного бесщеточного ГЭД, обеспечивающая поддержание коэффициента мощности близких к 1 (-0,95-1) и получающая питание от независимого источника (шин с.н.). Автоматическая стабилизация cos достигается путем формирования управляющего сигнала по двум параметрам: напряжению на статоре (1TV1) и току (1TA и резистор R1), их сложение происходит на фазо - чувствительном выпрямителе (ФЧВ).

6. Тиристорный преобразователь частоты

В ГЭУ находят применение тиристорные преобразователи частоты преимущественно со звеном постоянного тока. Несмотря на двойное преобразование тока (переменного в постоянный, постоянный снова в переменный), а значит сниженный общей КПД установки, дополнительные вентили выпрямительного моста, дроссели и конденсаторы фильтра, их преимущества неоспоримы в том, что они позволяют обеспечить широкое и плавное регулирование частоты, в том числе и выше номинальной. Это в конечном счете может частично или полностью компенсировать дополнительные потери в преобразователе, например за счет более выгодных экономических скоростей судна, а на судах с повышенной маневренностью ТПЧ со звеном постоянного тока могут оказаться единственно правильным решением.

Поскольку регулирование частоты тока на выходе ТПЧ для питания синхронных ГЭД, должно сопровождаться одновременным регулированием напряжения, то в ГЭУ с единой электроэнергетической системой устанавливают управляемые тиристорные выпрямители, как источники постоянного тока регулируемого напряжения на входе собственно преобразователей-инверторов.

На рис.4 представлена принципиальная схема ТПЧ со звеном постоянного тока. В состав преобразователя входят управляемый выпрямитель УВ на тиристорах 1V1 - 1V6; фильтр Q с дросселями L1, L2 и конденсатором С; автономный инвертор напряжения И. Инвертор состоит из тиристорного трехфазного моста (тиристора V1V6), отсекающих диодов D11D16; коммутирующих конденсаторов С1С6 и обратных диодов D1D6.

Напряжение на управляющие электроды тиристоров в виде импульсов подается от общей системы управления ГЭУ через блок управления инверторов БУИ. Период открытого состояние каждого плеча тиристоров, например V1 и V6, составляет треть периода выходной частоты тока, которые могут изменяться от 0 до 60 Гц, при номинальном ее значении 50 Гц, это позволяет повысить частоту вращения ГЭД сверх номинальной, если на частоте 50 Гц загрузка ГЭД не достигает номинальной.

Регулирование выходного напряжения выпрямителя (входного напряжения инвертора) осуществляется, так же как и на инверторе, общей системой управления ГЭУ от ПУ через блок управления выпрямителем БУВ. Вход выпрямителя получает питание от шин щита электродвижения.

Рисунок 4

7. Защита, блокировка, контроль и сигнализация

В АГЭУ предусмотрены следующие виды защит:

- защита нулевая от самопроизвольного пуска ГЭД после срабатывания (а затем восстановления любой защиты);

- защита от перегрузок генераторов, срабатывающая с выдержкой времени (на время пуска или реверса ГЭД) и включающая световой и звуковой сигналы;

- защита максимальная токовая с установкой выше пусковых токов ГЭД, срабатывает без выдержки времени на отключение и гашения полгенератора;

- защита дифференциальная токовая для машин свыше 1000 КВт срабатывает при балансе токов из-за К.З. внутри контролируемого участка, в том числе внутри машины, отключает генератор и включает гашения его поля.

- Защита от замыкания фаз на корпус, при срабатывании включает световой и звуковой сигналы;

- Защита полупроводниковых приборов (силовых диодов и тиристоров) от пробоя выполняется быстродействующими предохранителями, при сгорании плавкой ставки одного диода подается сигнал, двух - отключается питание.

Кроме названных могут быть другие виды защиты.

Блокировки:

Во-избежание ошибок в очередности включение аппаратуры, если это связано с возможностью повреждений, предусматривают блокировки, исключающие:

- Включение и отключение переключателей и разъединителей под напряжением, если они рассчитаны на бестоковую коммутацию;

- Несоблюдения очередности включения и отключения сетей.

- Пуск ГЭД при включенных валоповоротных устройствах;

- Управление ГЭУ более чем с одного поста.

Все изменения и контроль состояния параметров осуществляется

централизованно с помощью системы, (вычислительной машины) централизованного контроля (МЦК), установлено на центральном пункте управления (ЦПУ). Контролируемые параметры (температура подшипников, обмоток, охлаждающей воды и воздуха, напряжения, тока, уровня расходуемых жидкостей и т.п.) поступающих от датчика преобразуются в единую кодированную систему электрических сигналов, которые в МЦК проходит обработку с периодическим выводом наиболее важных из них на печать. В случае выхода параметров за установленные пределы подаются звуковой и световой сигналы.

По вызову оператора на дисплей могут быть вызваны желаемые виды информации в цифровой и графической форме.

По нормам регистра на щите ГЭУ предусматриваются следующие измерительные приборы:

- Амперметры и вольтметры в целях главного тока;

- Амперметры и вольтметры в целях возбуждения генераторов;

- Частотомеры и устройства синхронизации генераторов;

- Приборы непрерывного контроля изоляции с подачей сигнала при снижении ее уровня;

На ЦПУ предусмотрена мнемосхема главного тока и обслуживающих ГЭУ систем и механизмов с подсветкой сигнальными лампами состояния коммутационной аппаратуры (включено и отключено), клапанов, вентилей и заслонок (открыто-закрыто), включение систем охлаждения и смазки, подачи питания на цепи возбуждения, управления контролем и сигнализации. На ЦПУ установлены приборы и устройства аварийной и предупредительной сигнализации, необходимые для принятия срочных мер обслуживающим ГЭУ персоналом.

Для непрерывного контроля за основными параметрами ГЭУ на ЦПУ установлены тахометры гребных валов указатели команд о режиме ГЭУ рукоятки или штурвалы управления режимами работы ГЭУ, электроизмерительные приборы цепи главного тока.

Помещение ЦПУ оборудуют системами парной телефонной и громкоговорящей связью для приема и передачи команд по энергетической установки.

Таблица команд и операций при пуске ГЭД

№ поз.	Маш. .телегр.	Выполняемые операции	Исполн.. элемент	Контроль исполнен. (элемент)	Дополн. контроль
1	2	3	4	5	6
0	Стоп	По предварительной команде - отключается обогрев машин; - отключается валоповоротное устройство; - включается питание систем возбуждения - включаются системы управления и контроля; - дизель - генераторы готовят к немедленному пуску - выполняют другие операции, предусмотренные инструкциями	выкл. -//- -//- -//- ДАУ ДГ, системы пуск, воздуха, охлаждения, топл. и смазки	сигн.лам.	ДАУ ДГ, УВМ, МЦК
1	Товсь вперед	- пуск ДГ1, ДГ2, ДГ3 - включение шинных разъединений - включение на шины Г1 - синхронизация и включение на шины Г2 - синхронизация и включение на шины ГЭУ генератора Г3	ДАУ ДГ ШР1;ШР2 АГ1 УСГ2, АГ2 УСГ3, АГ3	ДАУ ДГ сигн. п.	МЦК
2	Самый малый вперед	- включается питание ПЧ - устанавливается напряжение выпрямителя 0,1Uн и частота тока 2,5 Гц - подается возбуждение ГЭД - ГЭД входит в синхронизм и вращается с частотой 0,05 nн - частота тока плавно (малыми ступенями) до 0,2 fн (10Гц) - одновременно напряжение повышается до 0,2Uн	АД БУВ БУИ СВД - БУИ БУВ	сигн.лам. - - сигн.лам тахометр ГЭД тахометр, частотомер,вольтметр -//-	МЦК -//- -//- -//- МЦК -//- -//-
3	Cамый малый вперед	- частота тока инвертора и напряжение на его выходе плавно ( малыми ступенями) повышаются до 0,4 fн и 0,4 Uн. - возбуждение ГЭД автоматически повышается одновременно с повышением напряжения на статоре, поддерживая cos 1. - ГЭД в синхронном режиме разгоняется до 0,4 nн	БУИ, БУВ СВД -	Тахометр ГЭД частотомер, вольтметр -//- -//-	МЦК МЦК -//-
4	Средний вперед	-частота тока инвертора и напряжение плавно или малыми ступенями (f 2 Гц ) повышается до 0,5 fн, 0,5 Uн -частота вращения ГЭД повышается до 0,5 nн -возбуждение ГЭД автоматически возрастает	БУВ, БУИ СВД	частотомер, вольтметр, амперметр, тахометр ГЭД	МЦК -//- -//-
5	Полный вперед	-частота тока и напряжения ПЧ плавно или малыми интервалами(f 2 Гц) повышается до 0,68 fн, 0,68 Uн - частота вращения ГЭД доводится до 0,68 nн - возбуждение ГЭД осуществляется системой подчиненного управления при cos 1	БУВ БУИ - СВД	частотомер, вольтметр, амперметр тахометр ГЭД	МЦК
6	Самый полный вперед	- частота и напряжение на ГЭД плавно повышается до 0,85 для транспортных и до 100% на буксирах и ледоколах. - частота вращения ГЭД, момент и мощность - для транспортных n< nн, P<Pн; M<Mн; - для буксиров и ледоколов n= nн, P=Pн; M=Mн - возбуждение ГЭД увеличивается соответственно напряжению - по мере разгона судна частота тока доводится до номинальной ( дл транспортных) и f >fн ( для буксиров и ледоколов на свободной воде) - после разгона судна Г4 синхронизируется с шинами ГЭУ, включается шинный разъединитель ШРЗ, - снимается нагрузка с Г4, после чего он отключается и выводится из работы	БУВ БУИ СВД БУВ БУИ ДАУ ДГ4, УСГ4, АГ4, ШРЗ, Сигн.лампы	То же То же То же ДАУ ДГ4 Тахометр ГЭД Измерительные приборы Г4	МЦК -//- -//- -//-

Таблица команд и операций при остановке ГЭД

№ поз	Маш. телегр.	Выполняемые операции	Исполн. элемент	Контроль исполнен.	Дополн. контроль
1	Самый полный вперд - Полный вперед	По предварительной команде потребители С.Н. переводят на Г4 - пуск Г4 - синхронизация Г4 с шинами - перевод нагрузки С.Н. на Г4 - отключение ШРЗ После перевода МТ из поз. « Самый полный» в поз. «Полный» - частота тока инвертора снижается до 0,8 fн - одновременно снижается напряжение до 0,8 Uн. - по мере снижения частоты снижается момент винта иГЭД, его ток и мощность, ГЭД работает в двигательном режиме.	ДАУ ДГ4 УСГ4,ДГ ДАУ ДГ4 ШРЗ БУИ БУВ	ДАУ ДГ4 сигн. лампы ваттметр сигн. ламп частотометр, тахометр вальтметр ваттметр, амперметр	МЦК -//- -//- -//- МЦК МЦК МЦК
2	Стоп - Самый малый - малый - Средний вперед	- частота тока инвертора постепенно снижается до 0,65 0,7 fн; - напряжение снижается 0,65 - 0,7 Uн; - частота вращения ГЭД, его момент, ток и мощность уменьшаются, в конце M0; IO (ng 0,65) - инвертор прекращает управляться, после чего ГЭД работает в свободном выбеге, вращаемый винтом как гидротурбиной. - инвертор отключается; - возбуждение ГЭД отключается; - по мере снижения скорости судна ng 0 - по команде с мостика ГЭУ выводится из работы	БУИ БУВ АД СВД ДАУ ДГ1,2,3 АГ1, АГ2, АГ3	частотомер вольтметр тахометр, амперметр, ваттметр тахометр тахометр	МЦК -//- -//- -//- -//- -//-

Таблица команд и операций при реверсе ГЭД

№ поз.	Маш. телегр	Выполняемые операции	Исполн. элемент	Контроль исполнен.	Дополн. контроль
1	2	3	4	5	6
		От позиции «Самый полный вперед» до «Средний вперед» операции аналогичны описанным в табл. 3.7. После перехода винта в режим гидротурбины; - отключается возбуждение ГЭД - инвертор переводится в режим выпрямителя (f=0) - напряжение на статоре ГЭД снижается 0,10,15 Uн, при котором ток статора Id1,5Ін - происходит интенсивное динамическое торможение ГЭД, винта и судна - напряжение на ГЭД по мере снижения ng повышается (по условию I1,5Ін ) - по достижении ng 0,15-0,2 nн инвертор включается на минимальную частоту и напряжение с обратным чередованием фаз; - в режиме противовключения ГЭД останавливается и начинает вращение «назад»; - напряжение на статоре повышается до 0,2 Uн; f2-3 Гц - включается возбуждение ГЭД - ГЭД втягивается в синхронизм В дальнейшем разгон ГЭД назад аналогичен описанию при пуске (табл. 3.6 п.п.2,3,4,5), но с меньшими скоростями, т.к. судно еще движется вперед, моменты винта больше, чем в швартовном режиме	См. табл. выше СВД БУИ БУВ БУВ БУИ БУВ СВД см.табл. выше	См. табл. выше амперметр сигн. ламп частотомер, тахом. вольтметр амперметр. тахометр ГЭД вольтметр тахометр ГЭД -//- амперметр ГЭД тахом. вольтметр, частотомер, тахометр см.табл. выше	См. табл. выше МЦК -//- -//- -//- -//- -//- -//- -//- -//- -//- см.табл. выше

8. Автоматизация ГЭУ

Наряду с централизованной системой управления в ГЭУ предусмотрены следующие локальные устройства автоматизации:

а) Автоматическое регулирование напряжения генераторов (рис. 2) обеспечивающее необходимый запас по моменту ГЭД в условиях переменных нагрузок на винте.

б) Автоматическое устройство синхронизации генераторов УСГ.

в) Автоматическое устройство распределения нагрузки генераторов при их параллельной работе УРИН.

г) Автоматический контроль изоляции АКИ и др. локальные средства и устройства автоматизации, а также все контролируемые параметры через МЧК замыкаются на систему централизованного управления энергоустановкой судна, в том числе и ГЭУ - управляемую ЭВМ. Для ее функционирование вся коммутационная аппаратура имеет функциональное управление, позволяющее выполнять дистанционный набор схем главного тока, возбуждения и управления.

На рис.4 приведена функциональная схема системы СГ-УВ-ТП4-СД (примечание: схема приведена для G1, G2 и С1; для G3 и G4 все сигналы снимаемые с датчиков и посылаемые на объекты управления идентичны).

Основной задачей схемы является определение входящих и управляющих

Параметров, состава периферийных устройств (датчиков) и исполнительных органов управления. С учетом принятых алгоритмов и законов управления формируется ее центральная часть (центральный процессор).

Схемой (рис. 4) предусмотрены датчики:

- напряжения и частоты каждого генератора (U₁; U₂; _{1; 2;})

- тока генераторов (I_1; I₂;)

- напряжения и частоты на выходе ТПЧ (U,)

- тока ГЭД (I)

- частоты вращения гребного вала (n _в)

- момента на гребном валу (М_в).

Управляющие сигналы

- частоты вращения дизель - генераторов (n₁; n₂;) воздействием на регуляторы дизелей (РД 1; РД 2), при параллельной работе эти же устройства служат для распределения активных мощностей (Р1; Р2)

- задатчики возбуждения генераторов (Е1; Е2) через системы управления возбуждением (СУВГ1;СУВГ2) эти же задатчики служат для распределения реактивных нагрузок.

- задатчик напряжения на управляемом выпрямителе УВ через блок управления выпрямителем БУВ

- задатчик частоты тока инвертора (U) _зад через блок управления инвертором БУЙ

- управление автоматами QS1; QS2; QF1.

9. Расчет и построение статических характеристик

9.1 Формирование характеристик

При питании СД от ТПЧ со звеном постоянного тока можно формировать статические характеристики желаемой формы в пределах допустимых значений токов, напряжений, частоты и тока и ток возбуждения ротора). Такая возможность обусловлена посредством трёх каналов управления у СД (напряжение, частота, ток статора и ток возбуждения ротора).

Оптимальный закон: V= U_н *² или в о.е. V=²

Момент для СД определяется уравнением:

M=C_mIcos (=const).

Магнитный поток здесь создаётся током статора, он же (приведенный ток ротора) воздействуя с магнитным потоком, создаёт вращающий момент. Отсюда:

M=IФ Ii_вд (в о.е.)

зависимость тока статора от частоты, то есть когда:

I=

Из отношения текущей можно определить относительное значение коэффициента при регулировании по закону:

cos _о.е.=

отсюда следует, что при регулировании СД по принятому закону коэффициент мощности остается постоянным, ток же запас по моменту (перегрузочная способность) ГЭД аналогично, что важна для устойчивости работы ГЭУ в условиях переменных нагрузок .

В динамических режимах момент ГЭД должен быть на 25% больше момента трения на гребном валу при трогании с места:

М_тр 0,2 Мн; М= 1,25 М_тр= 1,250,2 =0,25.

В процессе пуска желательно формировать характеристики, обеспечивающие мягкий, плавный пуск М_д= 0,25+ 0,75n² для сокращения времени пуска М_д=0,5+6n²

9.2 Статические характеристики синхронного ГЭД при пуске от ТПЧ для транспортных судов

Для судов различного назначения, кроме ледоколов и буксиров за номинальный режим принимается движение судна на свободной воде с уравнением винтовой характеристики: М_в=n²;

Пуск ГЭД проходит при неподвижном судне на швартовной характеристике, при которой на винте момент в 1,6-1,8 раза больше

- М_в= 1,666 n²

После трогания с места нарастание МДВ происходит по мере наращивания частоты тока (а значит и частоты вращения ГЭД) по оптимальному квадратичному закону до 1,1Мн.

Аналитическое выражение статической характеристики ГЭД будет:

М_дв= 0,25+0,85 n² на основании которого рассчитывается и строится пусковая характеристика, однако время пуска может оказаться недопустимо большим, что снижает манёвренность судна.

Кроме того, при толчках момента винта, вызванных биением об лёд, пуск вообще может не состояться. Поэтому кроме плавного должен быть предусмотрен форсированный пуск. Для него начальный момент принят равным 0,5 ,а в конце 1,1.

Концом пуска по швартовной характеристике принята точка с координатами n>0.8; МДВ=1,1.

Тогда апраксимирующим выражением характеристики будет:

М_дв=0,5 +0,937 n². Коэффициент 0,937 определяется точкой в конце разгона:

После расчета и построения статических характеристик винта, выполняют расчет времени пуска ГЭД при плавном и ускоренном пуске. С этой целью по оси «n» графики разбивают на несколько участков .В пределах каждого участка графически определяют значение (среднее) винта М_вср и двигателя М_дср.

Время разгона на каждом участке определяется по формуле;

,

J= J_д ?1,5 - суммарный момент инерции ГЭД, валопровода, винта и присоединенных к нему масс воды,

Jд- момент инерции ГЭД (кг* м²).

Общее время пуска Т_н= (с).

Определяем время пуска ГЭД типа ГЭД - СДМ 2800 - 167: U = 400V; P=2800 кВт; n=167 об/мин.; КПД =0,95; cos = 0,95 - опережающий; I =4480A; М_н =160 к Нм ; М_ин = 1550кг•м³

1. Суммарный момент инерции:

J=1.5?J_д=1.51550= 2325 кгм²

2. Номинальные моменты ГЭД:

3. Электромеханическая постоянная времени:

T_m=

5. Расчёт и построение винтовой характеристики при движении на свободной воде (статической). Расчёт по уравнению сведём в таблицу 1.

Таблица 1 статическая характеристика винта при ходе на свободной воде.

nв	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Мв	0,01	0,004	0,009	0,16	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	1,0

6. Расчёт и построение винтовой характеристики в швартовном режиме по уравнению М _в= 1,666 n²_в; где n получен из расчета, что при переходе со свободной воды на швартовную при той же n.Расчёт сведён в таблицу 2.

Таблица 2. Швартовная винтовая характеристика.

nв	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
n2в	0,01	0,04	0,09	0,16	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	1,0
Мв	0,017	0,067	0,15	0,266	0,416	0,60	0,816	1,06	1,349	1,666

7. Расчёт и построение гиперболы и постоянной мощности по уравнению М_в? n_в=1 или М_в=1/n. Расчет сведен в таблицу 3.

Таблица 3. Гипербола Р_в=М_вЧn_в==const

nв	1,3	1,2	1,1	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
Мв	0,769	0,83	0,909	1,0	1,11	1,25	1,43	1,667

8. Расчёт и построение пусковой механической характеристики ГЭД при плавном пуске М_д= 0,25+0,85 n² таблицу 4.

Таблица 4.

n	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
n2	0,01	0,04	0,09	0,16	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	1,0
Mд	0,258	0,284	0,326	0,386	0,463	0,556	0,666	0,794	0,938	1,1

9. Расчёт и построение пусковой механической характеристики ГЭД при ускоренном пуске М_д = 0,5+0,9375 n² таблицу 5.

Таблица 5.

n	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
n2	0,01	0,04	0,09	0,16	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	1,0
Mд	0,509	0,537	0,584	0,65	0,734	0,837	0,959	1,1	1,26	1,437

9. По оси “n” диаграммы пуска ГЭД разбиваем на 6 участков:

10. В интервалах каждого участка находим среднее значение швартовной характеристики М_{вср 1}=0,002; М_{в ср 2}= 0,166; М _{в ср 3}= 0,208; М_{в ср4}= 0,508;

Мв ср5=0,708; Мв ср6=0,941.

11. Среднее значение моментов двигателя по характеристике плавного пуска: М_д=0,25+0,85 n²;

М_{дср1=0,142;} М_{дср2=0,356;} М_{дср3=0,424;} М_{дср4=0, 51;} М_{дср5=0,611;} М_{дср6=0,73;}

Рисунок 6

12. Среднее значение моментов ГЭД на участках при ускоренном пуске: М_д =0,5+0,9375 n²; М0,268; М0,593; М0,692; М0,79; М0,898; М1,03;

13. Расчёт времени пуска ГЭД от n= 0 до n=0,8 при плавном пуске:



	0,2	0,2	0,1	0,1	0,1	0,1
Мдср	0,142	0,356	0,424	0,51	0,611	0,73
Мвср	0,007	0,082	0,205	0,305	0,425	0,565
Мдср - Мвср	0,135	0,274	0,219	0,205	0,186	0,165
	0,374	0,184	0,115	0,123	0,136	0,153
	0,374	0,558	0,673	0,796	0,932	1,085

14. Расчёт времени ускоренного пуска ГЭД от n= 0 до n=0,8:

	0,2	0,2	0,1	0,1	0,1	0,1
Мдср	0,268	0,593	0,692	0,79	0,898	1,03
Мвср	0,007	0,082	0,205	0,305	0,425	0,565
Мдср - Мвср	0,261	0,511	0,487	0,485	0,473	0,465
	0,193	0,099	0,051	0,052	0,053	0,054
	0,193	0,292	0,343	0,395	0,448	0,502

Полученное расчетное время пуска 0,502с вполне отвечает требованиям манёвренности. В системе СГ-ПЧ-АД управление напряжением осуществляется на генераторах (автономные ГЭУ) или на инверторе. В начале облегчённого пуска момент ( 0,25Мн) достигается при I=0.5 и Ф=iв=0,5 напряжение на статоре ГЭД при неподвижном роторе составляет всего несколько процентов от номинального. После преодоления момента трогания Мтр=0,2Мн и начало вращения ротора напряжение повышается пропорционально квадрату частоты. Темп нарастания частоты задаётся таким образом, чтобы поддерживался избыточный синхронный момент. Например, при f=n=0,5; Мв=0,4; Мдв=57 (на рисунке 6).При достижении f=n=0,8 на швартовной характеристике Мв=1,03 а момент ГЭД Мд=1,1 благодаря чему и достигается выход на полную мощность Р=Мn=1,2*0,8=1/

Перегрузка по моменту может быть компенсирована за счёт допустимых перегрузок по току (I=1,1) и току возбуждения (iв=1.1).В начале ускоренного пуска момент ГЭД Мд=0,5 достигается при значениях токов Iд=0,7 и iе=0,7.

Окончание частотного пуска от n=0 до n=0,8 при швартовной характеристике приводит в конце разгона к кратковременной (1,5с) перегрузке ГЭД по моменту на 10%,что допустимо. Дальнейшее увеличение f>0,8 приведёт к перегрузке ГЭД, первичного двигателя. Например, повышение частоты до f=0,9 ГЭД перегружается на 35%.Поэтому перегрузка осуществляется постепенно, не выходя за пределы гиперболы постоянной мощности М?n=1=const. На рисунке переход из одной точки в другую осуществляется ступенчато, каждой ступеньке соответствует 0,25Гц.

В автоматизированной ГЭУ переход со швартовной на «свободную» характеристику выполняется автоматически, по мере набора скорости судном. В конце разгона судна все параметры ГЭУ приходят к номинальным значениям.

Для проектирования и постройки системы управления ГЭУ как ручной, так и автоматической, необходимо знать расчетные величины управляющих воздействий в начале пуска, его конце (n= 0.8) и далее до выхода на номинальный режим.

гребная электроустановка генератор

10. Технико-экономические обоснование

Система ГЭУ: СБГ-ТПЧ-АД

Система ГЭУ СГ-ТПЧ-АД в сравнении с системой СГ-СД имеет более широкий диапазон регулирования частоты вращения ГЭД, так как используется ТПЧ, который позволяет регулировать напряжение на выходе не воздействуя на напряжение на шинах ГЭУ. Время реверса системы СГ-ТПЧ-АД значительно снижается из-за отсутствия реверсов, которые допускают переключение только в обесточенном состоянии. Маневренность системы значительно возрастает. В системе СГ-ТПЧ-АД существует возможность экономических режимов, отбора мощности, но в этом есть и свои недостатки: суммарные потери при передачи и преобразовании электроэнергии от синхронных генераторов к асинхронным ГЭД, то есть в основном потери в ТПЧ. Низкое напряжение на выходе ТПЧ получает за счет увеличения угла отпирания тиристоров.

Несмотря на дороговизну и усложнение системы СГ-ТПЧ-АД система оправдывает себя. Система необычайно маневренна, имеет широкий диапазон регулирования частоты ГЭД, возможность работы в экономических режимах, надежна.

11. Список литературы

1. Рукавишников С.Б. Автоматизированные гребные электрические установки - изд. Третье, перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1983 - 240с.

2. Гребные электрические установки. Справочник / Е.Б. Айзенштадт, Ю.М, Гилерович, Б.А. Сержантов - 2е изд. Перераб. И доп. - Л.: Судостроение, 1985 - 340 с.

3. Панов В.А., Романовский В.В., Корди С.А. Эксплуатация гребных электроустановок - М.: Транспорт, 1988-177 с.

4. Пипченко А.Н., Пономаренко В.В., Теплов Ю.И., Романенко А.В. - электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления., - Одесса: ЦПАП, - 1998 - 295 с.

5. Горбунов Б.А., Савин А.С., Сержантов В.В. Современные и перспективные гребные электрические установки судов - Л.: Судостроение, 1979 - 180 с.

6. Хайкин А.Б., Васильев В.Н. Автоматизированные гребные электрические установки. - М.: Транспорт, 1986,-424 с.

Размещено на Allbest

Размещено на Allbest