Расчет параметров сушки судовых синхронных генераторов переменным током, регулируемым тиристорным преобразователем в цепи обмотки возбуждения

Таким образом, на судах речного флота в условиях эксплуатации наиболее целесообразно использовать два способа сушки:

- для неподвижного ССГ - подключение источника постоянного тока в обмотку возбуждения;

- для вращающегося ССГ - режим симметричного короткого трехфазного замыкания в режиме генератора.

1.7 Нагрев вращающегося судового синхронного генератора при сушке в режиме симметричного короткого замыкания

Этот режим сушки осуществляется на вращающемся ССГ, обмотка статора которого закорочена. Принципиальная схема этого режима сушки дана на рис.1.5. Для определения возможности выполнения этого способа сушки необходимо измерить сопротивление изоляции обмоток, чтобы их значения были не ниже допустимых значений. Закоротка устанавливается до выключателя ССГ и должна быть рассчитана на номинальный ток статора ССГ. Основные параметры режима короткого замыкания можно определить из характеристик короткого замыкания данного ССГ. Эти характеристики часто прилагаются к документации на электрооборудование судна. Характеристика короткого замыкания валогенератора судна типа «Прометей» дана на рис. 1.6. На этой характеристике можно найти величину тока возбуждения, которому соответствует требуемое для сушки значение тока короткого замыкания в обмотках статора. Зная величину этого тока возбуждения и сопротивление обмотки возбуждения можно определить параметры источника постоянного тока, то есть ток и напряжение, необходимые для цепи возбуждения. В качестве такого источника на судах речного флота можно использовать сварочный преобразователь. Для обеспечения требуемого режима сушки необходимо отключить систему самовозбуждения ССГ и систему поддержания напряжения на выходе ССГ, то есть следует отключить от щеточного аппарата кабели питания обмотки возбуждения и подключить к ним непосредственно кабель от сварочного преобразователя.

Процесс сушки, то есть температура нагрева обмоток регулируется током в цепи обмотки возбуждения. В начале процесса сушки скорость роста температуры должна быть небольшой, не превышая 5⁰С/час, а ток в обмотках статора должен находиться в пределах 0,2…0,4 от его номинального фазного значения. Продолжительность начального режима с низкой скоростью роста температуры для ССГ мощностью более 400 кВА должна быть не менее трех часов.

В дальнейшем ток в обмотках статора можно увеличить до 0,5…0,7 от номинального фазного значения. Предельные значения тока статора в режиме симметричного короткого замыкания определяются по характеристике короткого замыкания и наибольшему значению тока в обмотке возбуждения.

Рис. 1.5. Принципиальная схема сушки ССГ в режиме симметричного короткого замыкания



Рис. 1.6. Характеристики холостого хода и короткого замыкания синхронного генератора (валогенератора) 1815-28, 1200 кВА
судна «Прометей»

При отсутствии в документации характеристики короткого замыкания предельное значение тока возбуждения можно для ССГ с номинальным коэффициентом мощности, равным 0,8, определить по паспортным данным и типовой регулировочной характеристике судовых синхронных генераторов, приведенным на рис.1.7.

Рис. 1.7. Типовая регулировочная характеристика

На этом рисунке за единицу принят номинальный ток возбуждения при номинальной мощности ССГ и cosц = 0,8. В режиме холостого тока при I=0, ток возбуждения у всех генераторов находится в пределах 0,45…0,55 от его номинального значения.

Анализ характеристик короткого замыкания ССГ (приложение) показывает, что ток возбуждения в режиме симметричного короткого замыкания при токах в обмотках статора 0,5…0,7 от номинального значения находится в пределах 0,25…0,35 от его номинального значения. Предельные значения температуры нагрева обмоток определяются Правилами технической эксплуатации судового электрооборудования [21] или соответствующей документацией завода-изготовления.

Процесс сушки можно считать законченным, если сопротивление изоляции достигнет допустимого согласно [20] значения и не будет снижаться в течение двух-трех часов. За это же время коэффициент абсорбции «К» не должен быть менее 1,3, то есть -

К = R₆₀ / R₁₅

где R₆₀ - сопротивление изоляции через 60 секунд с момента подачи напряжения мегомметра,

R₁₅ - тоже через 15 секунд при условии вращения рукоятки мегомметра с неизменной скоростью в процессе измерения.

1.8 Сушка неподвижного судового синхронного генератора постоянным током в цепи обмотки возбуждения

Этот режим сушки осуществляется на неподвижном ССГ при разомкнутой обмотке статора. Сушка осуществляется потерями в обмотке возбуждения, в которую подается постоянный ток от сварочного агрегата, установленного на речных и морских судах.

Перед выполнением этого режима сушки необходимо предварительно определить величину сопротивления изоляции обмотки возбуждения и, если его величина не ниже 50 кОм, то можно подключать к обмотке возбуждения постоянный ток. Для этого необходимо отключить от щеточного аппарата кабель, подающий к обмотке постоянный ток и подключить кабель от сварочного агрегата. Для снижения нагрева в местах нахождения щеток на кольцах в процессе сушки необходимо периодически поворачивать ротор. Для контроля величины тока в обмотке возбуждения необходимо включать амперметр. Обмотки статора нагреваются косвенным путем теплом от внутреннего воздуха в полости машины и поэтому температура их нагрева значительно ниже, чем у обмотки возбуждения. Поэтому температура нагрева обмотки возбуждения и определяет предельные значения тока в этой обмотке.

Для обеспечения допустимой скорости нагрева обмотки возбуждения в начальный период нагрева ток в обмотке возбуждения не должен превышать 0,2…0,3 от его номинального значения. Так как условия охлаждения неподвижного ССГ значительно хуже чем у вращающейся машины, то предельные значения тока в обмотке возбуждения не должны превышать 0,5…0,7 от его номинального значения, причем большие значения допустимы для ССГ меньшей мощности.

1.9 Способы сушки судовых синхронных бесщёточных генераторов типов MAGNAPLUS, MAGNAMAXDVR, MAGNAPOWER

В настоящее время ведущие мировые фирмы «Marathon Electric» (США) и «Thomson Technology Inc.» (Канада), входящие в компанию «A Subsidiary of Regal Beloit Corporation» (США), разработали и массово производят судовые синхронные бесщеточные генераторы серий MAGNAPLUS номинальной мощностью от 5,0 до 420 кВА, MAGNAMAXDVR номинальной мощностью от 136 до 2400 кВА и MAGNAPOWER номинальной мощностью от 2000 до 4000 кВА. Принципиальная электрическая схема судового синхронного бесщёточного генератора серии MAGNAMAXDVR представлена на рис. 1.9.

Данные судовые синхронные бесщёточные генераторы этих серий сертифицированы и соответствуют требованиям Морского регистра судоходства РФ для судов смешанного «река - море» плавания, а также требованиям Российского речного регистра для речных судов внутреннего плавания. Эти современные судовые синхронные бесщёточные генераторы широко поставляются на российский рынок, используются судостроительно-судоремонтными предприятиями и судоходными компаниями в России при строительстве, достройке, эксплуатации, ремонте, модернизации речных и морских судов различного назначения.

Рис. 1.9. Принципиальная электрическая схема судового синхронного бесщёточного генератора серии MAGNAMAXDVR

Методы сушки изоляционных систем судовых синхронных бесщёточных генераторов серий MAGNAPLUS, MAGNAMAXDVR, MAGNAPOWER до ввода в эксплуатацию на судах речного и морского транспорта приведены ниже.

Сушка электрической изоляции. Электрические компоненты должны быть просушены до начала эксплуатации, в случае, если испытание показывает, что сопротивление изоляции ниже безопасного значения. (Обратитесь к разделу "Испытания генератора" за порядком проведения испытаний) [103].

В агрегатах, которые не эксплуатировались некоторое время и хранились в неотапливаемом и влажном месте, может абсорбироваться влага. Резкие перепады температуры могут вызвать конденсацию или в результате непредвиденных обстоятельств, генератор может стать влажным. В этих случаях обмотки должны быть тщательно высушены до пуска генератора. Приведем рекомендуемые методы сушки.

Подогреватели объема. Электрические подогреватели объема могут быть установлены внутри генератора. Во время запитывания от внешнего источника они будут подогревать и высушивать внутреннее пространство генератора. Если внешнего источника питания нет, закройте генератор кожухом и вставьте внутрь нагревательные элементы для подъема на 15…18° F (8…10°С) выше температуры снаружи кожуха. Оставьте отверстие в верхней части кожуха для выхода влаги.

Печь. Поместите генератор в печь и подержите его там при температуре, не превышающей 194 °F (90°С). При этом методе регулятор напряжения и все электронные компоненты должны быть сняты.

Нагнетание воздуха. Можно нагнетать тепло в заборник воздуха (кожух кабельного ввода) портативным нагнетателем воздуха с подогревом при работающем без нагрузки и возбуждения (этого можно добиться вытащив плавкий предохранитель регулятора напряжения) генераторе. Температура воздуха на входе не должна быть выше 150°F (66°C).

Метод короткого замыкания. Генератор может быть высушен быстро и тщательно этим методом.

Отсоедините кабели F1 и F2 возбудителя от регулятора напряжения.

Подсоедините аккумуляторную батарею или другой источник постоянного тока с напряжением приблизительно 20…35 вольт к кабелям F1 и F2 возбудителя. Желательно использовать источник питания постоянного тока с регулируемым напряжением, но может подойти и реостат (приблизительно 2 А), подключенный последовательно с источником постоянного тока.

Закоротите выводные кабели генератора друг с другом (L1 с L2 и L3). При использовании перемычек, убедитесь в том, что они выдержат ток полной нагрузки.

Запустите генератор и замерьте ток на выходе генератора токоизмерительными клещами.

Настройте источник питания на ток, составляющий 80% обозначенного на шильде, но ни в коем случае не превышайте его. Если регулируемый источник постоянного тока не доступен и напряжение превышает допустимое, используйте источник с меньшим напряжением или подключите последовательно к источнику сопротивление большей мощности.

Время процедуры определяется количеством влаги в генераторе. Замеры сопротивления изоляции генератора должны проводиться через промежутки 1…4 часа до получения одинаковых величин. (За инструкциями по измерению сопротивления изоляции обратитесь к разделу 8 - Испытания генератора) [103].

После того, как генератор высушен, и значение сопротивления изоляции восстановлено до указанного в характеристиках, уберите короткое замыкание, отсоедините источник постоянного тока и подсоедините кабели F1 и F2 к регулятору напряжения. Убедитесь, что все соединения затянуты и произведены правильно, до попытки запустить генератор.

Характеристики судовых синхронных бесщёточных генераторов типа MAGNAMAXDVR фирмы «MARATHONELECTRIC» (США) представлены в Приложении 1.

Методика испытаний судовых синхронных бесщёточных генераторов типа MAGNAMAXDVR приведена в Приложении 2.

В настоящее время средний возраст самоходных судов внутреннего и смешанного река-море плавания в РФ превышает 25 лет, что приводит к росту отказов и аварий, снижению эффективности их использования. Поэтому Распоряжением Правительства РФ от 7 ноября 2007г. № 1571-р утверждена Федеральная целевая программа (ФЦП) «Развитие гражданской морской техники на 2009-2016 годы», основной целью которой является совершенствование отечественного научно-технического и проектного потенциала, разработка техники и технологий мирового уровня, в том числе судовых дизельных электроэнергетических установок (СДЭУ) на долю которых приходится 10…35% стоимости судов и до 50…60% их эксплуатационных расходов.

В указанной ФЦП существенное внимание уделено повышению надёжности судовой техники. Статистические данные Российского речного регистра показывают, что наибольший процент отказов имеют энергетические установки (до 80%), далее идёт движительно-рулевой комплекс, палубные механизмы, корпус судна, электрооборудование. В свою очередь, в судовых энергетических установках наименее надёжными являются главные двигатели (до 80% отказов), далее идут дизель-генераторы, вспомогательные котлы и системы судовой автоматики. Статистические данные Морского регистра судоходства РФ показывают, что одна треть аварий на морских судах происходит по причине отказа СДЭУ (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Частота аварий морских судов (единиц на 1000 судов в год)

Одним из основных направлений в обеспечении надёжности судовой техники является развитие методов и средств сушки, комплексных испытаний, диагностирования судового электрического, электронного оборудования и средств автоматизации в отрасли водного транспорта. В судостроении и судоремонте требуются современные бесконтактные мобильные энергосберегающие устройства для прогрева, подсушки, сушки, восстановления изоляции, комплексных испытаний и диагностики судового электрооборудования (генераторов, трансформаторов, двигателей).

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУШКИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

2.1 Математическая модель для расчетов нагрева обмоток судовых синхронных генераторов при токовой сушке

генератор токовый сушка

Для обеспечения энерго - и ресурсосбережения, повышения электропожаробезопасности, интенсификации технологических режимов прогрева требуются современные способы восстановления сопротивления изоляции судовых синхронных генераторов в эксплуатационных условиях на судах [71].

Одним из самых известных и легко контролируемых способов восстановления сопротивления изоляции синхронных генераторов (СГ) является сушка путем нагрева обмоток током [11]. Целесообразно использовать следующие способы сушки: током в обмотке возбуждения от сварочного агрегата для неподвижной машины; в режиме короткого замыкания вращающейся машины, при этом обмотка возбуждения питается от сварочного агрегата. Мощность источника при сушке крупных судовых СГ, обеспечивающего нагрев обмоток 70…80єС, должна быть достаточно велика [11, 107, 109].

Тепловой расчет СГ в режиме сушки удобно проводить, используя тепловую схему замещения (рис. 2.1). Система уравнений для этой схемы имеет вид:

(и₁ - и₃) / R_1-3 = Р_1;

(и₂ - и₃) / R_2-3 = Р₂; (2.1)

(и₃ - и₁) / R_1-3 + (и₃ - и₂) / R_2-3 + и₃/R_3-0 = Р₃,

где, и₁, и₂, и₃ - превышения температуры для обмоток статора, ротора и внутренней полости машины, соответственно, К;

R_1-3, R_2-3, R_3-0 - тепловые сопротивления между соответствующими частями машины, а также между внутренней полостью машины и окружающей средой, К/Вт;

Р₁, Р₂, Р₃ - мощности, рассеиваемые соответственно в статоре, роторе и внутренней полости, Вт.

Такая схема замещения СГ является достаточно точной для оценки ожидаемых температур сушки. Для системы уравнений (2.1) легко получить аналитическое решение:

и₁ = Р₁R_1-3 + и₃;

и₂ = Р₂R_2-3 + и₃;

и₃ = R_3-0 (Р₁ + Р₂ + Р₃). (2.2)

Рис. 2.1. Упрощенная тепловая схема замещения судового синхронного генератора

Значения тепловых сопротивлений для СГ различной мощности можно получить из графиков (рис. 2.2).

Анализ процесса сушки судовых СГ в режиме короткого замыкания (КЗ) показал, что в начале сушки ток в обмотках должен составлять 0,2…0,4, а затем доводиться до 0,5…0,7 от номинального. При этом необходимый ток возбуждения определяется по характеристике КЗ генератора.

Рис. 2.2. Зависимость тепловых сопротивлений от полной мощности S судовых синхронных генераторов (сопротивления с индексом «неп» относятся к неподвижным, «вр» - к вращающимся машинам)

Недостатком этого способа является длительная работа дизеля практически без нагрузки. Особенно трудно осуществить этот способ сушки на валогенераторах. При сушке неподвижного СГ током в цепи обмотки возбуждения сильно нагревается обмотка ротора и значительно слабее - обмотки статора [11].

В эксплуатационных условиях на судах опробован новый способ сушки СГ, когда в обмотку возбуждения неподвижной машины подается переменный ток. При этом в генераторе создается пульсирующее магнитное поле, воздействующее на успокоительную обмотку и обмотки статора [7]. Магнитное поле машины зависит в основном от индуктивного сопротивления обмотки возбуждения, определяемого (в Ом) по формуле:

X_ѓ= 2рѓм₀ф?W²_ѓ k_ѓ k_ф /рk_дk_мdдp, (2.3)

где ѓ - частота сети, Гц;

м₀ =4р · 10-⁷ - магнитная проницаемость воздуха, Гн/м;

ф,? - полюсное деление и длина пакета статора, м;

W_ѓ = W_п· 2р - общее число витков обмотки возбуждения (W_п - число витков полюсов, 2р - число пар полюсов);

k_ѓ = 0,95…1,1 - коэффициент формы кривой магнитного поля обмотки возбуждения;

k_ф = 0,85…0,95 - коэффициент потока явнополюсной синхронной машины;

k_д = 1,2…1,25 - коэффициент воздушного зазора;

k_мd = 1 - коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси;

д - ширина воздушного зазора, м.

При отсутствии в судовой технической документации значений параметров ф и ? их ориентировочные значения можно найти из графика (рис. 2.3).

Результирующее индуктивное сопротивление с учетом только успокоительной обмотки

Х^'_ѓ = Х_дѓ + Х_ѓХ_дy /(Х_ѓ + Х_ду) ? (0,13…0,15) Х_ѓ, (2.4)

где Х_дѓ, Х_дy - обусловленные потоками рассеяния индуктивные сопротивления обмоток возбуждения и успокоительной.

При замкнутой накоротко обмотке статора результирующее сопротивление СГ со стороны обмотки возбуждения

Х^"_ѓ = Х_дѓ + 1/(1/Х_ѓ + 1/Х_дy +1/Х_дб) ? (0,08… 0,10) Х_ѓ, (2.5)

где Х_дб - индуктивное сопротивление обмотки статора.

Мощность (Вт), выделяемая в обмотках, определяется их активными сопротивлениями и при разомкнутой обмотке статора составляет

Р^'_ѓ = U² cos ц/ Х^'_ѓ ,

а при замкнутой

Р^"_ѓ = U²cos ц/Х^"_ѓ,

Рис. 2.3. Основные размеры синхронных генераторов

где U - напряжение, подводимое к обмотке возбуждения, В;

cos ц = 0,5…0,6 - коэффициент мощности с учетом потерь в магнитопроводе.

Мощность, рассеиваемую в обмотке статора, можно приближенно найти как разность Р^"_ѓ и Р^'_ѓ. При этом систему уравнений (2.2) можно записать в следующем виде:

и₁ = R_1-3 (Р^"_ѓ - Р^'_ѓ) + и₃;

и₂ = R_2-3Р^'_ѓ + и₃;

и₃ = R_3-0Р^"_ѓ. (2.6)

Зная потери в обмотках, можно по формулам (2.2) и (2.6) определить их нагрев.

Предлагаемый способ сушки позволяет достаточно равномерно нагревать обмотки ротора и статора машины. Недостатком этого способа является небольшая мощность потерь, так как большое индуктивное сопротивление по формулам (2.4) и (2.5) снижает значения токов в обмотках, которые при напряжении U = 220В составляют 0,1…0,2 номинального значения. Однако если длительность процесса сушки или восстановления сопротивления изоляции не является важной, такой способ сушки весьма эффективен, что было подтверждено опытами в эксплуатационных условиях на судах.

Таким образом, с помощью приведенных формул можно выбрать наиболее целесообразный способ сушки СГ и рассчитать необходимые для сушки токи или напряжения, а также проверить, не будет ли температура сушки превышать максимально допустимую.

Пример расчета

Валогенератор DGFS - 1825-28, S = 1320 кВ·А, 2р = 28, д = 4,5 мм, W_п = 44.

По формуле (2.3) с помощью рис.2.3 находим Х_ѓ = 215,7 Ом.

По рис.2.2 определяем значения тепловых сопротивлений для неподвижной машины:

R_1-3неп=2·10^-2К/Вт, R_2-3неп=0,5·10^-3 К/Вт, R_3-0=0,5·10^-2К/Вт.

По формулам (2.4) и (2.5): при U = 220В, cos ц = 0,6, Р^'_ѓ = 900Вт, Р^"_ѓ = 1344Вт.

Подставляя полученные значения в формулу (2.6), получим: и₁=15,6 К, и₂=7,2 К, и₃=6,7 К.

2.2 Тепловой расчет судового синхронного генератора при сушке

Тепловой расчет ССГ выполняется с помощью метода тепловых схем, решение которых аналогично методам решения электрических цепей [7, 19, 37].

Сопротивления эквивалентных тепловых схем, обусловленные теплопроводностью твердых тел, могут быть рассчитаны достаточно точно. Однако, тепловые сопротивления, обусловленные теплообменом с помощью охлаждающего воздуха или другого движущегося охладителя, определяются значительно менее точно. Поэтому все методы тепловых расчетов уточняются с помощью опытных данных.

В этой связи режим сушки неподвижного ССГ имеет дополнительные сложности, обусловленные снижением эффективности работы системы охлаждения, которые обычно не интересуют завод-изготовитель. Поэтому для этого режима необходимо выполнить дополнительные испытания, чтобы уточнить тепловой расчет при сушке ССГ этим способом.

Тепловой расчет ССГ при сушке приведен в приложении 3 и дает необходимую для практических целей точность.

2.3 Сушка и восстановление сопротивления изоляции синхронных генераторов в эксплуатационных условиях на судах

Для решения задачи интенсификации сушки и восстановления сопротивления изоляции увлажненных обмоток синхронных генераторов на судах в отрасли водного транспорта необходимо было учесть значения их параметров, конструкции и системы охлаждения и выбрать те из способов, которые наиболее эффективны и легко выполнимы на судах в судовых эксплуатационных условиях.

В XXI веке были проведены промышленные испытания на синхронных генераторах судов типа «Прометей», разработана методика теплового расчета для двух режимов сушки:

- режима короткого замыкания для вращающегося синхронного генератора;

- для неподвижного синхронного генератора при подаче напряжения постоянного тока от тиристорного преобразователя только в обмотку возбуждения.

Результаты испытаний соответствовали расчетным данным, что позволяет определить значения токов в обмотках при выполнении этих режимов сушки с помощью тиристорного преобразователя.

Кроме того, предложен и опробован новый энергосберегающий метод сушки неподвижного СГ переменным током промышленной частоты, подаваемым в обмотку возбуждения. Особенность процесса сушки неподвижного СГ переменным током промышленной частоты состоит в том, что в обмотку возбуждения подается переменный ток, регулируемый тиристорным преобразователем, а обмотки статора разомкнуты или замкнуты накоротко. В этом случае в СГ создается пульсирующее магнитное поле, ось которого определяется положением ротора в расточке.

Ток в обмотке возбуждения зависит в основном от индуктивных сопротивлений обмоток возбуждения, успокоительной и обмотки статора.

При аналитических расчетах можно использовать следующие упрощенные схемы замещения СГ промышленного и судового исполнения.

Схема рис. 2.4 соответствует разомкнутой обмотке статора, а рис. 2.5 - замкнутой накоротко.



Рис. 2.4 Схема замещения судового синхронного генератора при разомкнутой обмотке статора в режиме сушки

Рис. 2.5 Схема замещения судового синхронного генератора при замкнутой накоротко обмотке статора в режиме сушки

Индуктивность обмотки возбуждения определяется согласно [7] по формуле

Х_ѓ= 2 р ѓK_ѓ ·K_ф , (2.7)

где ѓ - частота сети;

м₀ = 4 р•10-⁷ Гн/м- магнитная проницаемость воздуха;

ф, l - полюсное деление и длина пакета стержней статора, м;

K_мd = 1,0 - коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси;

K_д = 1,2…1,25 - коэффициент воздушного зазора, определяется по формулам [7, 19] для известных размеров пазов и зубцов СГ;

д - воздушный зазор СГ, м;

W_ѓ = 2р ·W_h - число витков обмотки возбуждения;

2р - число полюсов СГ;

W_h - число витков одного полюса;

K_ѓ= 0,95…1,1 - коэффициент формы кривой магнитного поля обмотки возбуждения;

K_ф=0,85…0,95 - коэффициент потока явнополюсной синхронной машины.

Для большинства судовых СГ отсутствуют данные о геометрических размерах магниторовода и поэтому приходится определять их с помощью графиков, что снижает точность расчетов. Основные размеры явнополюсных СГ можно определить из графиков рис.2.3 по [19], в зависимости от полной мощности, приходящейся на один полюс, т.е. S/2р, а затем по формуле (2.7) определить индуктивность обмотки возбуждения.

Судовые СГ имеют значительно меньший воздушный зазор по сравнению с другими синхронными машинами и поэтому индуктивности рассеяния обмоток возбуждения Xд_ѓ, успокоительной Xдy, и обмотки статора Xд_a относительно меньше чем у обычных синхронных машин. Поэтому результирующее индуктивное сопротивление цепи возбуждения с учетом успокоительной обмотки, при разомкнутой обмотке статора равно

Х^'_ѓ = Х_дѓ + ? (0,13…0,15)·Х_ѓ, Ом (2.8)

В случае замкнутой накоротко обмотке статора результирующее индуктивное сопротивление со стороны обмотки возбуждения равно

Х^"_ѓ =Х_дѓ +(0,09…0,1) · X_ѓ, Ом (2.9)

Активная мощность со стороны сети определяется активными сопротивлениями в обмотках и может определяться выражением

Р^'_ѓ = · cosц ; Р_ѓ^" = · cosц, (2.10)

где U - напряжение, подводимые к обмотке возбуждения, В;

сosц = 0,5…0,6 - коэффициент мощности схем замещения с учетом активных сопротивлений всех трех обмоток СГ, т.е возбуждения, успокоительной и обмоток статора.

Напряжение промышленной частоты, подаваемое в обмотку возбуждения не должно превышать 220В.

Рассмотрены примеры расчетов параметров тока промышленной частоты, при выполнении энергосберегающей сушки СГ на примере судов типа «Прометей» и типа «Атлантик».

Результаты расчетов, а также опытные данные позволяют определить оптимальные параметры источника для питания обмотки возбуждения переменным током, регулируемым тиристорным преобразователем.

Этот способ сушки и восстановления сопротивления изоляции обмоток синхронного генератора целесообразно применять при восстановлении сопротивления изоляции, так как мощность, подаваемая в обмотки относительно небольшая.

На основании результатов испытаний СГ на судах, а также теоретических исследований разработано практическое руководство по сушке судовых синхронных генераторов в судовых эксплуатационных условиях.

2.4 Примеры расчетов параметров сушки судовых СГ переменным током, регулируемым тиристорным преобразователем в цепи обмотки возбуждения

Ниже приведены примеры расчетов мощности источника при сушке судовых СГ переменным током, регулируемым тиристорным преобразователем.

Для валогенератора, установленного на судах

S_н = 1320 кВА; S/2р = 1320/28=47,1 КВА/полюс; 2р =28; W_h = 44,5;

д = 4,5.

Из рис. 2.3 определяем ф = 0,25 м; ? = 0,38м;

Х_ѓ = 2рѓ · К_ѓ·К_ф =

2р·50 ·1,1 ·0,95 = 122,5 Ом;

Х^'_ѓ = 0,13 · Х_ѓ = 15,9 Ом;

Х^"_ѓ= 0,095 · Х_ѓ= 11,65 Ом;

I^'_ѓ = U / Х^'_ѓ = 210/15,9 = 13,21 А;

I^"_ѓ = U / Х^"_ѓ = 210/ 11,65 = 18,03 А.

Мощность, поступающая в обмотки при сушке

Р^'_ѓ = U · I^'_ѓ · cosц = 210 ·13,21 · 0,5 = 1387,05 Вт;

Р^"_ѓ = U · I^"_ѓ· cosц = 210 ·18,03 · 0,5 = 1893,15Вт.

Дизель - генератор, эксплуатируемый на судах

S_н = 320 кВА; 2р = 12; cosц = 0,76; U=216 В;W_h 51;

д =1,5 мм; S/2р = 320/12 =27,5 кВА/полюс.

Из рис.2.3 находим

ф = 0,22 м; l = 0,3 м;

Х_ѓ =2р ·50 300 Ом

Х^'_ѓ = 0,13·Х_ѓ = 39 Ом;

Х^"_ѓ =0,095·X_ѓ=28,5 Ом;

I^'_ѓ = U / Х^'_ѓ = 5,54 А;

I^"_ѓ = U / Х^"_ѓ =7,58А;

Р^'_ѓ = U · I^'_ѓ· cosц = 909,45 Вт;

Р^"_ѓ = U · I^"_ѓ · cosц =1244,33Вт.

При экспериментальных исследованиях определены следующие значения мощности, требуемой для сушки увлажненных обмоток, соответственно: Р_ѓ^' =909,45 Вт; Р_ѓ^" = 1244,33 Вт.

Расчетные величины мощности, поступающей в обмотки при сушке, отличаются от опытных данных не более чем на 9%.

Заключение

Дальнейшее развитее СЭЭС определяется сохранением известных преимуществ электроэнергии по сравнению с другими видами энергии. Удобство передачи и использования электроэнергии обуславливает дальнейшее увеличение количества потребителей электроэнергии на судне, а, следовательно, увеличение мощность СЭЭС.

Увеличение мощности СЭЭС будет сопровождаться изменением состава и характера потребителей, повышением требований к качеству электроэнергии и качеству функционирования электромеханизмов, внедрением полупроводниковой электропреобразовательной техники, использованием новейших средств автоматизации на основе применения средств вычислительной техники и светодиодов в системах контроля, управления и защиты СЭЭС, совершенствованием судовых автоматизированных электроэнергетических систем.

Всё это требует дальнейшего совершенствования знаний в области теории, построения и режимов работы, процессов управления и эксплуатации, анализа и синтеза судовых автоматизированных электроэнергетических систем.

Автоматизация СЭЭС вместе с использованием методов и средств диагностирования и прогнозирования состояния её электрического, электронного, электромеханического, энергетического оборудования открывает возможность для решения важных задач, связанных с управлением техническим состоянием судовых автоматизированных электроэнергетических систем и её обслуживанием по фактическому состоянию, а не по жёсткому регламенту, как это делают в настоящее время.

Автоматизация процесса управления техническим состоянием судовых автоматизированных электроэнергетических систем позволит сохранить или в минимальные сроки восстановить работоспособность САЭЭС при постепенных или внезапных отказах, а также значительно сократить трудозатраты на её обслуживание благодаря снижению необходимого числа осмотров, разборок и сборок электромеханического оборудования и электрических средств автоматизации.

Значительное увеличение мощности генераторных агрегатов и электростанций судов смешанного «река - море» плавания вызывает необходимость организации комплексной защиты СЭЭС и повышения её эффективности (надёжности, чувствительности и селективности).

Переход к безвахтенному обслуживанию судовой энергетической установки и к сокращённой численности экипажа обусловливает потребности в автоматизации процесса управления структурой СЭЭС в зависимости от её технического состояния и режима работы судна.

Эти новые задачи автоматизации контроля, управления и защиты СЭЭС могут быть эффективно решены и помощью микропроцессоров и бортовых микроЭМВ.

Широкое применение на судах средств вычислительной техники требует создания и развития методов автоматизации проектирования, монтажа, наладок и совершенствования методов эксплуатации судовых автоматизированных комплексов, а также подготовки специалистов, способных эксплуатировать такие комплексы.

Список литературы

1. Приходько В.М. Вероятностное описание характеристик срабатывания измерительных элементов защит судовых электроустановок / В.М. Приходько, И.В. Приходько, В.Ю. Лучкин // Морской вестник. - 2016. - №4 (60). - С. 57 - 59.

2. Приходько В. М. Особенности расчетов токов короткого замыкания с учетом сопротивления электрической дуги в судовых электроэнергетических системах / В.М. Приходько, И.В. Приходько, В.Ю. Лучкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2016. - №5(39). - C. 185-195.

3. Приходько В.М. Математическое обеспечение для оптимальной сушки изоляции электрооборудования судов по энергосберегающей технологии / В.М. Приходько, И.В. Приходько // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. - 2016. - № 42/43. - С. 121 - 125.

4. Приходько В.М. Особенности технико-экономического анализа судовых электроэнергетических систем с мощными преобразовательными устройствами / В.М. Приходько, И.В. Приходько // Речной транспорт (XXI век). - 2016. - №3 (79). - С. 65 - 68.

5. Приходько В.М. Вероятностное описание характеристик срабатывания защиты судовых электроэнергетических систем / В.М. Приходько, И.В. Приходько, В.Ю. Лучкин // Речной транспорт (XXI век). - 2016. - №1 (77). - С. 49 - 52.

6. Приходько В.М. Вероятностное описание режимов работы судовых электроэнергетических систем и токов коротких замыканий / В.М. Приходько, И.В. Приходько, В.Ю. Лучкин // Речной транспорт (XXI век). - 2015. - №5 (76). - С. 59 - 61.

7. Приходько В.М. Повышение эффективности энергообеспечения судостроительно-судоремонтных предприятий / В.М. Приходько, И.В. Приходько, Д.И. Игнатов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О.Макарова. - 2015. - Вып. 3(31). - С.175 - 186.

8. Приходько В.М. Математическая модель судовых асинхронных двигателей при сушке изоляционных систем по энергосберегающей технологии / В.М. Приходько, И.В. Приходько // Морской вестник. - 2015. - №2 (54). - С. 67 - 69.

9. Приходько В.М. Математическая модель при сушке судовых асинхронных двигателей по энергосберегающей технологии / В.М. Приходько, И.В. Приходько // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2014. - Вып. 3 (25). - С. 54 - 61.

10. Приходько В.М. Резонансные явления в электроэнергетических системах с полупроводниковыми преобразователями при питании судов с берега / В.М. Приходько, М.Л. Ивлев, И.В. Приходько // Журнал университета водных коммуникаций. - СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2013. - Вып. III (XIX). - С. 28 - 34.

11. Приходько В.М. Интенсификация комплексных испытаний судового электрооборудования по энергосберегающей технологии в судостроении и судоремонте : научная монография / В.М. Приходько - СПб.: СПГУВК, 2013. - 244 с.

12. Приходько В.М. Эффективность методики прогнозирования электропотребления судоремонтным предприятием / В.М. Приходько, М.Л. Ивлев, И.В. Приходько // Морской вестник. - 2013. - №3 (47). - С. 51-56.

13. Приходько В.М. Экономический эффект внедрения методики прогнозирования электропотребления судоремонтного предприятия / В.М. Приходько, М.Л. Ивлев, И.В. Приходько // Журнал университета водных коммуникаций. - СПб.: СПГУВК, 2012. - Вып. IV (XVI). - С. 191 - 194.

14. Приходько В.М. Эффективность компенсатора реактивной мощности дискретного типа / В.М. Приходько, М.Л. Ивлев, И.В. Приходько // Журнал университета водных коммуникаций. - СПб.: СПГУВК, 2012. - Вып. III (XV). - С. 68 - 75.

15. Приходько В.М. Методика прогнозирования электропотребления судоремонтного предприятия / В.М. Приходько, М.Л. Ивлев, И.В. Приходько // Журнал университета водных коммуникаций. - СПб.: СПГУВК, 2012. - Вып. I (XIII). - С. 67 - 73.

Размещено на Allbest.ru