RU137014U1 - SHIP ELECTRIC POWER PLANT - Google Patents
SHIP ELECTRIC POWER PLANT Download PDFInfo
- Publication number
- RU137014U1 RU137014U1 RU2013137641/11U RU2013137641U RU137014U1 RU 137014 U1 RU137014 U1 RU 137014U1 RU 2013137641/11 U RU2013137641/11 U RU 2013137641/11U RU 2013137641 U RU2013137641 U RU 2013137641U RU 137014 U1 RU137014 U1 RU 137014U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- power
- input
- propeller
- frequency converter
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 23
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 241000380131 Ammophila arenaria Species 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
1. Судовая электроэнергетическая установка, имеющая в своем составе главный тепловой двигатель, разъединительную муфту, дополнительный тепловой двигатель, механически соединенный с дополнительным генератором, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, а также первый управляемый и обратимый преобразователь частоты, имеющий в своем составе последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера, во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который через дроссель преобразователя соединен с силовым входом управляемого выпрямителя, а информационные выходы упомянутых датчиков соединены с соответствующими входами контроллера выпрямителя, в цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к локальному блоку управления, связанному с системой управления установки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит подсоединяемый к гребному винту первый гребной электродвигатель, установленный соосно главному тепловому двигателю через разъединительную муфту, также дополнительно содержит 1. Marine electric power plant, comprising a main heat engine, a disconnect clutch, an additional heat engine mechanically connected to an additional generator, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and voltage sensors, as well as the first controlled and reversible frequency converter, incorporating in series connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped The current controller is installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller, a phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected to the power input through the converter choke controlled rectifier, and the information outputs of the said sensors are connected to the corresponding inputs of the rectifier controller, in the circuit between the current sensor one rectifier power circuit and a current sensor of the input power circuit of the inverter has a capacitor storage device for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the installation control system, characterized in that it additionally contains to the propeller, the first propeller motor mounted coaxially to the main heat engine through a disconnect clutch also further comprises
Description
Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с комбинированным пропульсивным комплексом, содержащим полупроводниковые преобразователи частоты, обладающие высокими энергетическими показателями и надежностью.The utility model relates to shipbuilding, in particular to ship power plants with a combined propulsion complex containing semiconductor frequency converters with high energy performance and reliability.
Известна «Судовая электроэнергетическая установка» [Патент РФ №124246 от 12.07.2012 г.], содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, который через электрическую цепь, имеющую в своем составе первый автоматический выключатель, главные шины и преобразователь частоты соединен с гребным электродвигателем, подсоединяемым к гребному винту, содержащая также шины электропотребителей, соединенные через трансформатор с главными шинами, и содержащая дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, который через второй автоматический выключатель подключен к шинам электропотребителей. В качестве главного генератора и дополнительного генератора в установке использованы трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, снабженные на выходе, соответственно, первым и вторым датчиками тока фаз. Установка также дополнительно имеет локальную систему управления, выполненную с обеспечением возможности подключения к системе управления верхнего уровня, локальная система управления подсоединена к первому и второму датчикам тока фаз, а также к датчику напряжения, установленному на шинах электропотребителей. Преобразователь частоты выполнен управляемым, обратимым и содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером. В выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. С силовым входом управляемого выпрямителя соединен дроссель, подсоединенный другим выводом к датчику напряжения фаз и третьему автоматическому выключателю, который своим другим выводом подключен к главным шинам. Датчик напряжения фаз связан с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к задатчику режимов, связанному с локальной системой управления.The well-known “Ship electric power installation” [RF Patent No. 124246 dated July 12, 2012], comprising a main engine connected to a main generator, which, through an electric circuit including a first circuit breaker, main buses and a frequency converter is connected to a propeller motor connected to the propeller, also containing buses of electrical consumers connected through a transformer to the main tires, and containing an additional motor connected to an additional generator, which a second circuit breaker connected to the electrical load tires. Three-phase generators with electromagnetic excitation, equipped with the first and second phase current sensors at the output, respectively, were used as the main generator and additional generator in the installation. The installation also additionally has a local control system, made possible to connect to the upper-level control system, the local control system is connected to the first and second phase current sensors, as well as to a voltage sensor mounted on the buses of electric consumers. The frequency converter is made controllable, reversible and contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller. Current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A choke is connected to the power input of the controlled rectifier, connected by another terminal to a phase voltage sensor and a third circuit breaker, which is connected to the main buses by its other terminal. The phase voltage sensor is connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, a DC link capacitor drive is installed, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to the mode dial connected to the local control system.
Недостатками данной установки являются:The disadvantages of this installation are:
- повышенные потери при преобразовании механической энергии главного двигателя в электрическую, промежуточного и обратного преобразования при работе электрической пропульсивной установки на мощностях, близких к номинальной;- increased losses when converting the mechanical energy of the main engine into electrical energy, intermediate and reverse conversion during operation of the electric propulsive installation at powers close to the nominal;
- относительное возрастание потерь энергии из-за снижения пропульсивного КПД гребного винта на пониженных частотах вращения;- the relative increase in energy loss due to a decrease in propulsive propeller efficiency at lower rotational speeds;
- повышенные габариты и масса главного двигателя и главного генератора с электромагнитным возбуждением, использованных в установке;- increased dimensions and mass of the main engine and the main generator with electromagnetic excitation used in the installation;
- пониженная надежность из-за отсутствия резервных каналов передачи энергии со своим гребным винтом;- reduced reliability due to the lack of redundant power transmission channels with its propeller;
- потери энергии при маневрировании с использованием традиционных рулевых устройств.- energy losses during maneuvering using traditional steering devices.
В качестве прототипа выбрана наиболее близкая «Судовая валогенераторная установка» [Патент РФ №119322 от 27.02.2012], относящаяся к комбинированным установкам, обеспечивающая как двигательный режим для раздельной или совместной работы с главным двигателем в пропульсивной установке, так и генераторный режим питания судовых электропотребителей. Установка содержит двигатель приводного вала, механически связанный с валогенератором, который через электрическую цепь, содержащую обратимый управляемый преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем. Двигатель приводного вала соединен с валогенератором через редуктор, на выходе к валогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты. В электрической цепи, между подсоединенным к главным шинам валогенератором и преобразователем частоты, последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинами судовых электропотребителей. Преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер. К каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров, между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров. К выходу валогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя. Датчик выходного напряжения, установленный в электрической цепи перед первым автоматическим выключателем, подсоединен к третьему входу контроллера второго выпрямителя, к четвертому входу которого подсоединен выход второго датчика тока, а первый датчик тока подсоединен к четвертому входу контроллера первого выпрямителя. Установка снабжена также задатчиком режимов с внешним управлением (от системы управления установки борта или системы управления верхнего уровня), подсоединенным к пятым входам обоих контроллеров, при этом между вспомогательным генератором и шинами судовых электропотребителей установлен второй автоматический выключатель.As the prototype, the closest “Ship shaft generator set” [RF Patent No. 119322 dated 02.27.2012], related to combined installations, providing both the propulsion mode for separate or joint operation with the main engine in the propulsion system and the generator power supply mode for marine electrical consumers, was selected . The installation comprises a drive shaft motor mechanically coupled to a shaft generator, which is connected through the electric circuit containing a reversible controlled frequency converter, current and voltage sensors to the tires of marine electrical consumers, to which an auxiliary generator is also connected, mechanically connected to the auxiliary engine. The drive shaft motor is connected to the shaft generator through a gearbox, at the output to the shaft generator and the input of which disconnect couplings are installed. In the electric circuit, between the shaft generator and the frequency converter connected to the main buses, the first current sensor and the input choke are connected in series, behind the frequency converter - the output choke, LC filter, the second current sensor and the first circuit breaker connected to the tires of marine electrical consumers. The frequency converter incorporates counterclockwise connected electrically reversible first and second rectifiers with vector control, each of which has its own controller. Each rectifier on the DC side is connected, respectively, the first and second current sensor of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers, between the aforementioned current sensors of the frequency converter is connected a capacitor drive of the DC link with a voltage sensor, the output of which is connected to the second inputs of the controllers . An input voltage sensor is connected to the output of the shaft generator, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier. An output voltage sensor installed in an electric circuit in front of the first circuit breaker is connected to the third input of the controller of the second rectifier, the fourth input of which is connected to the output of the second current sensor, and the first current sensor is connected to the fourth input of the controller of the first rectifier. The installation is also equipped with a mode dial with external control (from the onboard installation control system or the upper level control system) connected to the fifth inputs of both controllers, and a second circuit breaker is installed between the auxiliary generator and the ship's electrical consumers' tires.
В этой же установке в качестве валогенератора может быть использованы электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов и несколько вспомогательных двигателей, каждый из которых связан с дополнительным генератором.In the same installation, an electric machine with excitation from permanent magnets and several auxiliary engines, each of which is connected with an additional generator, can be used as a shaft generator.
Эта установка имеет следующие недостатки:This installation has the following disadvantages:
- повышенные потери из-за снижения пропульсивного КПД общего гребного винта на пониженных частотах вращения;- increased losses due to a decrease in propulsive efficiency of the common propeller at lower rotational speeds;
- при наличии редуктора, снижение КПД установки, увеличение массы и габаритов;- in the presence of a gearbox, a decrease in the efficiency of the installation, an increase in mass and dimensions;
- пониженная надежность из-за отсутствия резервных каналов передачи энергии со своим гребным винтом;- reduced reliability due to the lack of redundant power transmission channels with its propeller;
- потери энергии при маневрировании с использованием традиционных рулевых устройств.- energy losses during maneuvering using traditional steering devices.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой судовой электроэнергетической установки с системой электродвижения в комбинированном пропульсивном комплексе с улучшенными энергетическими характеристиками и расширенными функциональными возможностями.The problem solved by the utility model is the expansion of the arsenal of means and the creation of a new marine electric power plant with an electric propulsion system in a combined propulsion complex with improved energy characteristics and advanced functionality.
Достигаемый комплексный технический результат заключается в обеспечении:Achieved comprehensive technical result is to ensure:
- оптимального распределения рабочих диапазонов оборудования пропульсивного комплекса для минимизации потерь энергии при различных скоростях движения судна, а именно: совместным вращением общего гребного винта тепловым двигателем и системой электродвижения, раздельным вращением общего гребного винта с прямой передачей механической энергии от теплового двигателя и от гребного электродвигателя системы электродвижения, а на пониженных скоростях и при маневрировании, с помощью отдельного канала системы электродвижения на базе погружаемого и азимутально управляемого гребного электродвигателя кольцевой конструкции с встроенным своим гребным винтом;- the optimal distribution of the operating ranges of the propulsion system equipment to minimize energy losses at various speeds of the vessel, namely: the joint rotation of the common propeller with a heat engine and an electric propulsion system, the separate rotation of the common propeller with direct transmission of mechanical energy from the heat engine and from the propeller system motor electric movement, and at reduced speeds and when maneuvering, using a separate channel of the electric system based on the submersible emogo and managed azimuth propeller motor ring design with integrated its propeller;
- передачей механической энергии от теплового двигателя непосредственно на гребной винт (или от высокооборотного теплового двигателя с частотой вращения от 1000 об/мин, на входной вал винто-рулевой колонки, в случае ее применения вместо общего гребного винта);- transfer of mechanical energy from the heat engine directly to the propeller (or from a high-speed heat engine with a rotation speed of 1000 rpm to the input shaft of the helical-steering column, if used instead of a common propeller);
- снижения потерь энергии и экономии топлива за счет использования дополнительной погружаемой двигательно-движительной системы с гребным винтом, рассчитанным для движения на пониженных скоростях и маневрирования судна;- reduce energy losses and fuel economy through the use of an additional submersible propulsion system with a propeller, designed for movement at reduced speeds and maneuvering the vessel;
- дополнительного снижения потерь энергии и экономии топлива за счет использования системы электродвижения для подкрутки общего гребного винта с целью обеспечения минимизации гидродинамических потерь (при отсоединении приводного вала винта от главного гребного двигателя);- additional reduction of energy losses and fuel economy through the use of an electric propulsion system for tightening the common propeller to minimize hydrodynamic losses (when disconnecting the propeller drive shaft from the main propeller);
- уменьшения массы и габаритов - за счет применения электрических гребных двигателей и генераторов с возбуждением от постоянных магнитов, - за счет применения тепловых двигателей с повышенной частотой вращения, в том числе и главного двигателя, приводящего во вращение с повышенной частотой вал винторулевой колонки;- reduction of mass and dimensions - due to the use of electric propeller motors and generators with excitation from permanent magnets - due to the use of heat engines with an increased rotation speed, including the main engine, which drives the shaft of the helical column with rotation at an increased frequency;
- передачи электрической энергии от главного генератора к гребным электродвигателям и от главных шин к шинам питания электропотребителей через преобразователь частоты с векторным управлением, обеспечивающий регулирование частоты вращения в широком диапазоне, повышение КПД, симметрирование, фильтрацию и компенсацию реактивной составляющей тока во входной и выходной цепи.- transmission of electric energy from the main generator to the propulsion motors and from the main buses to the power supply busbars of the consumers through a vector-controlled frequency converter, providing speed control over a wide range, increasing efficiency, balancing, filtering and compensating the reactive component of the current in the input and output circuits.
Поставленная комплексная задача решается изменением функциональной схемы установки.The complex task is solved by changing the functional diagram of the installation.
Судовая электроэнергетическая установка с комбинированным пропульсивным комплексом имеет в своем составе главный тепловой двигатель, разъединительную муфту, дополнительный тепловой двигатель, механически соединенный с дополнительным генератором, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, а также первый управляемый и обратимый преобразователь частоты. В состав первого преобразователя частоты входит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером. В выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. Во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который, через дроссель преобразователя, соединен с силовым входом управляемого выпрямителя. Информационные выходы упомянутых датчиков соединены с соответствующими входами контроллера выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам. Оба контроллера также подсоединены к локальному блоку управления, который соединен с системой управления установки. От прототипа установка отличается тем, что дополнительно содержит подсоединяемый к гребному винту первый гребной электродвигатель, установленный соосно главному тепловому двигателю через разъединительную муфту, также дополнительно содержит второй гребной электродвигатель кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом, а также второй преобразователи частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме первого преобразователя частоты. Элементы судовой электроэнергетической установки можно условно отнести к четырем силовым электрическим цепям.The ship’s electric power plant with a combined propulsive complex includes a main heat engine, a disconnect clutch, an additional heat engine mechanically connected to an additional generator, main buses, power supply cables of ship’s consumers, the plant’s control system, circuit breakers, current sensors and voltage sensors, and also the first controllable and reversible frequency converter. The first frequency converter includes serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller. Current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which, through the converter choke, is connected to the power input of the controlled rectifier. The information outputs of these sensors are connected to the corresponding inputs of the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, a capacitor drive of the DC link is installed, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers. Both controllers are also connected to a local control unit, which is connected to the plant control system. The installation differs from the prototype in that it further comprises a first propeller motor connected to the propeller, mounted coaxially to the main heat engine through a disconnect clutch, also further comprises a second ring propeller motor with an integrated second propeller, as well as a second frequency converter, the functional diagram of which is identical functional diagram of the first frequency converter. Elements of a ship electric power installation can be conditionally assigned to four power electric circuits.
Первая силовая электрическая цепь содержит последовательно соединенные первый автоматический выключатель, первый датчик тока фаз, первый обратимый управляемый преобразователь частоты, причем первый датчик тока фаз, подсоединен информационным выходом к первому информационному входу первого обратимого управляемого преобразователя частоты, управляющий выход которого подключен к управляющему входу первого автоматического выключателя, подключенного к статорным обмоткам первого гребного электродвигателя.The first power circuit contains a series-connected first circuit breaker, a first phase current sensor, a first reversible controlled frequency converter, the first phase current sensor connected to the first information input of the first reversible controlled frequency converter, the control output of which is connected to the control input of the first automatic a switch connected to the stator windings of the first propeller motor.
Вторая силовая электрическая цепь содержит дополнительный генератор и второй датчик тока фаз.The second power circuit contains an additional generator and a second phase current sensor.
Третья силовая электрическая цепь содержит последовательно соединенные упомянутый второй гребной электродвигатель, второй автоматический выключатель, третий датчик тока фаз, второй преобразователь частоты, аналогичный первому, управляющий выход которого подключен к управляющему входу второго автоматического выключателя, а первый информационный вход к информационному выходу третьего датчика тока фаз.The third power electric circuit contains in series the aforementioned second propeller motor, a second circuit breaker, a third phase current sensor, a second frequency converter similar to the first, the control output of which is connected to the control input of the second circuit breaker, and the first information input to the information output of the third phase current sensor .
Четвертая силовая электрическая цепь содержит понижающий преобразователь.The fourth power circuit contains a buck converter.
Первая, вторая, третья и четвертая силовые цепи подсоединены к главным шинам через третий, четвертый и пятый и шестой автоматические выключатели, соответственно. Управляющие входы этих автоматических выключателей подсоединены к системе управления установки, к которой также подсоединены второй управляющий вход первого преобразователя частоты, информационный выход второго датчика тока фаз, датчики напряжения фаз, управляющий вход разъединительной муфты и блоки управления главного и дополнительного тепловых двигателей. Второй управляющий вход второго преобразователя частоты подсоединяется к системе управления верхнего уровня, соединенной с системой управления установкой.The first, second, third and fourth power circuits are connected to the main buses through the third, fourth and fifth and sixth circuit breakers, respectively. The control inputs of these circuit breakers are connected to the control system of the installation, to which the second control input of the first frequency converter, the information output of the second phase current sensor, phase voltage sensors, the control input of the disconnect clutch and control units of the main and additional heat engines are also connected. The second control input of the second frequency converter is connected to the upper level control system connected to the installation control system.
Предпочтительно, выполнение понижающего преобразователя управляемым, на базе обратимого управляемого преобразователя частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме первого преобразователя частоты. В этом случае четвертая силовая цепь имеет в своем составе соединенные последовательно третий обратимый управляемый преобразователь частоты, дроссель, LC фильтр и четвертый датчик тока фаз и датчик выходного напряжения понижающего преобразователя, управляющие входы которых подсоединены к третьему обратимому управляемому преобразователю, третий управляющий вход которого подсоединен к системе управления установки. Такое исполнение понижающего преобразователя необходимо вследствие того, что в качестве дополнительного генератора предпочтительно использование синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, частота и напряжение на выходе которого, зависит от нагрузки, а так же, с целью снижения массы и габаритов, такая электромашина может выполняться на повышенную частоту выходного переменного напряжения. Однако, в качестве дополнительного генератора не исключается возможность применения и электромашины с электромагнитным возбуждением. В этом случае возможно применение трансформатора напряжения в качестве понижающего преобразователя.Preferably, the step-down converter is controllable based on a reversible controllable frequency converter, the functional circuit of which is identical to the functional circuit of the first frequency converter. In this case, the fourth power circuit includes a third reversible controllable frequency converter, a choke, an LC filter and a fourth phase current sensor and a step-down converter output voltage sensor connected in series, the control inputs of which are connected to a third reversible controlled converter, the third control input of which is connected to installation management system. This design of the buck converter is necessary because, as an additional generator, it is preferable to use a synchronous generator with excitation from permanent magnets, the frequency and voltage at the output of which depends on the load, and also, in order to reduce weight and dimensions, such an electric machine can be performed on increased frequency of the output AC voltage. However, as an additional generator, the possibility of using an electric machine with electromagnetic excitation is not excluded. In this case, it is possible to use a voltage transformer as a step-down converter.
На Фиг. 1 представлена схема установки с применением обратимого управляемого понижающего преобразователя, на Фиг. 2 - схема преобразователей частоты. На схемах введены следующие обозначения:In FIG. 1 shows an installation diagram using a reversible controlled buck converter, FIG. 2 is a diagram of frequency converters. The following notation is introduced on the diagrams:
1 - главный тепловой двигатель, 2 - муфта разъединительная, 3 - первый гребной электродвигатель, 4 - главный гребной винт (или винт винторулевой колонки) фиксированного шага, 5 - первый автоматический выключатель, 6 - первый датчик тока фаз, 7 - первый преобразователь частоты, 8 - дополнительный генератор - синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, 9 - дополнительный тепловой двигатель, 10 - второй датчик тока фаз, 11 - второй преобразователь частоты, 12 - третий датчик тока фаз, 13 - второй автоматический выключатель, 14 - второй гребной электродвигатель кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом, 15 - главные шины, 16 - шины питания судовых электропотребителей, 17 - обратимый понижающий преобразователь (ПП), 18, 19, 20, 21, 22 - третий, четвертый пятый, шестой и седьмой автоматические выключатели, соответственно, 23 и 24 - блоки управления главного и дополнительного тепловых двигателей соответственно, 25 - система управления установки борта, 26 и 27 - датчики напряжения фаз, 28 - система управления верхнего уровня, а также, элементы, входящие в состав преобразователей частоты (7 или 11 или преобразователя частоты, входящего в понижающий преобразователь 17 - см. Фиг. 2):1 - main heat engine, 2 - disconnect clutch, 3 - first propeller motor, 4 - main propeller (or propeller screw) of fixed pitch, 5 - first circuit breaker, 6 - first phase current sensor, 7 - first frequency converter, 8 - an additional generator - a synchronous generator with excitation from permanent magnets, 9 - an additional heat engine, 10 - a second phase current sensor, 11 - a second frequency converter, 12 - a third phase current sensor, 13 - a second circuit breaker, 14 - a second propeller ring motor with built-in second propeller, 15 - main tires, 16 - power lines of ship electrical consumers, 17 - reversible buck converter (PP), 18, 19, 20, 21, 22 - third, fourth fifth, sixth and seventh circuit breakers , respectively, 23 and 24 are the control units of the main and additional heat engines, respectively, 25 is the onboard installation control system, 26 and 27 are phase voltage sensors, 28 is the upper level control system, as well as the elements included in the frequency converters (7 or 11 or a frequency converter included in the buck converter 17 - see FIG. 2):
29 - обратимый выпрямитель преобразователя частоты (ПЧ), 30 - инвертор, 31 - датчик входного напряжения фаз ПЧ, 32 - контроллер выпрямителя 29, 33 - датчик входного тока фаз ПЧ, 34 - дроссель ПЧ, 35 и 36 - датчики токов звена постоянного тока, 37 - контроллер инвертора 30, 38 - конденсаторный накопитель, 39 - датчик напряжения звена постоянного тока, 40 - локальный блок управления ПЧ, а также элементы, входящие в состав обратимого понижающего преобразователя ПП 17:29 — reversible rectifier of the frequency converter (IF), 30 — inverter, 31 — IF input voltage sensor, 32 —
41 - преобразователь частоты ПП, 42 - дроссель ПП, 43 - фильтр, 44 - четвертый датчик тока фаз, 45 - датчик выходного напряжения фаз ПП, 46 и 47 - восьмой и девятый автоматические выключатели (межсекционные, соединяющие соответствующие шины установки другого борта судна).41 - PP frequency converter, 42 - PP choke, 43 - filter, 44 - fourth phase current sensor, 45 - PP phase voltage output sensor, 46 and 47 - eighth and ninth circuit breakers (intersection switches connecting the corresponding busbars of the installation of the other side of the vessel) .
Силовой вход второго преобразователя частоты 11 может быть подключен, через соответствующий автоматический выключатель, к главным шинам другого борта (на Фигуре 1 не показаны).The power input of the
Судовая электроэнергетическая установка с комбинированным пропульсивным комплексом содержит главный тепловой двигатель 1, вал которого механически соединен, через разъединительную муфту 2, входной и выходной вал ротора первого гребного электродвигателя 3, с главным гребным винтом 4 фиксированного шага (или входным валом винторулевой колонки со своим гребным винтом). Электродвигатель 3 статорными обмотками, через первый автоматический выключатель 5 и первый датчик 6 тока фаз, подключен к выходной силовой цепи первого преобразователя 7 частоты. Элементы 3, 5, 6 и 7 образуют первую силовую электрическую цепь. Входная силовая цепь первого преобразователя 7 частоты, через третий автоматический выключатель 18, подключена к главным шинам 15.A marine electric power plant with a combined propulsion complex comprises a
К главным шинам 15, через четвертый автоматический выключатель 19 и второй датчик 10 тока фаз, своими статорными обмотками подключен дополнительный (синхронный) генератор 8 с возбуждением от постоянных магнитов, механически соединенный с дополнительным тепловым двигателем 9. Элементы 8, 9, 10 образуют вторую силовую электрическую цепь.To the main buses 15, through the
Так же, к главным шинам 15, через пятый автоматический выключатель 20, подключена входная силовая цепь второго преобразователя 11 частоты. Выходная силовая цепь преобразователя 11, третий датчик 12 тока фаз и второй автоматический выключатель 13 подключена к погружаемому и азимутально управляемому второму гребному электродвигателю 14 кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом. Перечисленные элементы образуют третью силовую электрическую цепь.Also, to the main tires 15, through the
К главным шинам 15, через шестой автоматический выключатель 21, понижающий управляемый полупроводниковый преобразователь 17 и седьмой автоматический выключатель 22, подключены шины 16 питания судовых электропотребителей. В случае применения в качестве дополнительного генератора электромашины с электромагнитным возбуждением, в схеме между шестым и седьмым автоматическими выключателями 21 и 22 устанавливается трансформатор напряжения (на Фиг. 1 не показан).The main tires 15, through the
К шинам 16 могут быть подключены также один или несколько резервных источников питания (на Фиг. 1 не показаны).One or more redundant power supplies may also be connected to the buses 16 (not shown in FIG. 1).
Блоки управления 23 и 24 главного и дополнительного тепловых двигателей соответственно 1 и 9, первый преобразователь 7 частоты и понижающий преобразователь 17 соединены интерфейсом с системой управления 25 установки борта, с которой связан управляющий вход разъединительной муфты 2, управляющие входы третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого автоматических выключателей (18, 19, 20. 21, 22 соответственно), информационные выходы второго датчика 10 тока фаз и датчиков 26, и 27 напряжения фаз, подключенных к шинам 15 и 16, соответственно. Система управления 25 установкой борта интерфейсом связана с системой управления 28 верхнего уровня, которая также интерфейсом связана со вторым преобразователем 11 частоты.The
В качестве преобразователей частоты применен описанный в прототипе обратимый преобразователь частоты, представленный на Фиг. 2. В состав первого и второго преобразователей 7, 11 частоты, а так же в третий преобразователь 41 частоты, входящий в понижающий преобразователь 17, входят последовательно соединенные управляемые выпрямитель 29 и инвертор 30, каждый из которых снабжен собственным контроллером 32 и 37 соответственно. В выходной силовой цепи выпрямителя 29 установлен датчик тока 35, соединенный с соответствующим информационным входом контроллера 32, во входной силовой цепи инвертора 30 установлен датчик тока 36, соединенный с соответствующим информационным входом контроллера 37. Во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик 31 напряжения фаз и датчик 33 тока фаз, который, через дроссель 34 преобразователя, соединен с силовым входом управляемого выпрямителя 29, а информационные выходы датчиков 31 и 33 соединены с контроллером 32 выпрямителя. В цепи между датчиками тока 35 и 36 установлен конденсаторный накопитель 38 звена постоянного тока, а также датчик 39 постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам. Контроллеры 32 и 37 также подсоединены к локальному блоку управления 40, связанному интерфейсом с системой управления 25 установки. Для второго преобразователя частоты 11 - установлена связь интерфейсом с системой управления 28 верхнего уровня.As the frequency converters, the reversible frequency converter described in the prototype shown in FIG. 2. The first and
В состав понижающего преобразователя (ПП) 17 входит, аналогичный преобразователям 7 и 11 преобразователь 41 частоты ПП, силовой вход которого являющийся входом ПП, соединен с шестым автоматическим выключателем 21. Силовой выход преобразователя 41, через дроссель ПП 42, фильтр 43 и датчик 44 тока фаз ПП, соединен с входом датчика 45 напряжения фаз ПП, который, являясь выходом понижающего преобразователя 17, соединен с седьмым автоматическим выключателем 22. Информационные выходы датчиков 44 и 45 подключены к соответствующим входам преобразователя 41, связанного по интерфейсу с системой управления 25 пропульсивной установкой борта. При применении в качестве ПП трансформатора, указанная связь с системой управления 25, естественно, отсутствует.The structure of the step-down converter (PP) 17 includes, similar to the
В преобразователях 7 и 11 частоты к соответствующим входам контроллера 37 подключены датчики 6 и 12 тока фаз соответственно. В преобразователе 41 к третьему входу контроллера 37 подключен датчик 44 тока фаз, а к четвертому - датчик 45 напряжения фаз. В преобразователях 7 и 11 частоты локальные блоки управления 40 подсоединены к соответствующим управляющим входам автоматических выключателей 5 и 13, соответственно, а в преобразователе 41 такое соединение не используется, как сказано выше, управление седьмым автоматическим выключателем 22, осуществляется от системы управления 25.In the
Силовой вход второго преобразователя 11 частоты может быть подключен, через соответствующий автоматический выключатель, к главным шинам другого борта (на Фиг. 1 не показаны). Главные шины 15 и шины 16 питания судовых электропотребителей с помощью восьмого и девятого, соответственно 46 и 47, межсекционных автоматических выключателей, могут быть подключены к соответствующим шинам установки соседнего борта (на Фигуре 1 не показаны).The power input of the
Судовая электроэнергетическая установка с комбинированным пропульсивным комплексом работает следующим образом.Marine electric power plant with a combined propulsion system operates as follows.
Электроэнергетическая установка борта получает электроэнергию от дополнительного синхронного генератора 8, приводимого во вращение дополнительным тепловым двигателем 9. Тепловой двигатель 9 работает под непосредственным управлением блока управления 24, получающего сигналы и по интерфейсу от системы управления 25 установки борта, в соответствии с заданиями, поступающими от системы управления 28 верхнего уровня в порядке обмена информацией. Система управления 25 получает информацию от датчиков 26 и 27 напряжения фаз, а так же по фазным токам от второго датчика 10 тока фаз дополнительного генератора 8 и по мгновенным значениям фазных напряжений на главных шинах 15 и шинах 16 питания судовых электропотребителей, вычисляет частоту вращения генератора 8 и управляет ею. Величина выходного напряжения дополнительного генератора 8 с возбуждением от постоянных магнитов зависит от тока нагрузки. Компенсация этой зависимости осуществляется изменением частоты вращения. Электроэнергия генератора 8, через замкнутый четвертый автоматический выключатель 19, поступает на главные шины 15 для обеспечения питанием системы электродвижения, а так же электроэнергия поступает через понижающий преобразователь 17 при замкнутых автоматических выключателях 21, 22, - на шины 16 питания судовых электропотребителей.The onboard power plant receives electricity from an additional synchronous generator 8, driven by an
По сигналам системы управления 28 верхнего уровня комбинированный пропульсивный комплекс может работать в следующих четырех основных режимах:According to the signals of the
- с прямой передачей механической энергии на главный гребной винт от главного теплового двигателя;- with direct transmission of mechanical energy to the main propeller from the main heat engine;
- с передачей механической энергии на главный гребной винт от первого гребного электродвигателя;- with the transfer of mechanical energy to the main propeller from the first propeller motor;
- с одновременной передачей суммарной механической энергии на главный гребной винт от главного теплового двигателя и от первого гребного электродвигателя;- with the simultaneous transfer of total mechanical energy to the main propeller from the main heat engine and from the first propeller motor;
- с передачей механической энергии на второй встроенный гребной винт от погружаемого второго гребного электродвигателя 14 кольцевой конструкции.- with the transfer of mechanical energy to the second built-in propeller from the submersible second propeller 14 of the ring structure.
Кроме того, во всем диапазоне скоростей движения судна структурой и конструктивным исполнением оборудования, а так же алгоритмом управления данной электроэнергетической установки с комбинированным пропульсивным комплексом, реализован энергоэффективный экономичный режим работы с обеспечением повышения качества электроэнергии, используемой для питания судовых электропотребителей.In addition, in the entire range of ship speeds, the structure and design of the equipment, as well as the control algorithm of this electric power plant with a combined propulsion system, implemented an energy-efficient, economical mode of operation to ensure the improvement of the quality of electricity used to power ship electrical consumers.
При движении судна с приводом от главного гребного винта 4 (первые три режима, перечисленные выше), гребной электродвигатель 14 кольцевой конструкции находится в поднятом состоянии и располагается в специальной нише внутри обводов судна. Это обеспечивает снижение гидродинамического сопротивления движению судна, потерь энергии и экономию топлива.When the vessel is driven by the main propeller 4 (the first three modes listed above), the rowing electric motor 14 of the ring structure is in a raised state and is located in a special niche inside the contours of the vessel. This provides a reduction in hydrodynamic resistance to the movement of the vessel, energy losses and fuel economy.
В первом режиме при прямой безредукторной передаче механической энергии от главного теплового двигателя 1 частота вращения главного гребного винта 4 может изменяться в достаточно широких пределах под управлением системы 28 верхнего уровня. Однако, с целью снижения потерь энергии и экономии топлива, диапазон рабочих частот вращения главного двигателя 1 ограничен. Главный тепловой двигатель 1 в экономичном режиме работает на частотах вращения, близких к номинальной, с максимальным КПД. При этом и главный гребной винт 4 имеет максимальный пропульсивный КПД на этих частотах вращения, чем достигается наиболее экономичный режим работы пропульсивной установки с прямой передачей энергии.In the first mode, with direct gearless transmission of mechanical energy from the
С применением механической винторулевой колонки со своим гребным винтом 4 и передачей механической энергии непосредственно на ее входной вал, потери энергии возрастут за счет наличия внутренней кинематической передачи. Однако это может быть оправдано суммарным снижением массы и габаритов в связи с использованием теплового двигателя 1 и гребного электродвигателя 3 с повышенной номинальной скоростью вращения до 1000-1500 об/мин. При этом, винторулевая колонка будет использоваться и как средство активного управления судном.Using a mechanical rotor column with its propeller 4 and transferring mechanical energy directly to its input shaft, energy losses will increase due to the presence of an internal kinematic transmission. However, this can be justified by the total reduction in weight and dimensions due to the use of the
Питание судовых электропотребителей в первом режиме может осуществляться как от дополнительных источников электроэнергии (на Фиг. 1 не показаны), так и от дополнительного генератора 8, через главные шины 15 и понижающий преобразователь 17. При этом, преобразователем 17 могут быть реализованы алгоритмы компенсации реактивной мощности и симметрирования трехфазной системы напряжений на шинах 16 питания судовых электропотребителей, описанные ниже.The power supply of marine electrical consumers in the first mode can be carried out both from additional sources of electric power (not shown in Fig. 1), or from an additional generator 8, through main buses 15 and a step-
Во втором режиме при передаче механической энергии на главный гребной винт 4 (или винт винторулевой колонки) от первого гребного электродвигателя 3, муфта 2 по сигналу управления от системы 25 разъединяет вал ротора электродвигателя 3 от выходного вала главного теплового двигателя 1. При замкнутых автоматических выключателях 5 и 18, электроэнергия, вырабатываемая генератором 8, через преобразователь 7 частоты, поступает на статорные обмотки электродвигателя 3, который приводит во вращение гребной винт 4. Преобразователь 7 частоты может изменять частоту вращения электродвигателя 3 и гребного винта 4 фиксированного шага в широких пределах. С целью снижения потерь энергии и экономии топлива, диапазон рабочих частот вращения электродвигателя 3 ограничен. В экономичном режиме переход на вращение главного гребного винта 4 от электродвигателя 3 осуществляется при совмещении частот вращения - нижней граничной частоты экономичного рабочего диапазона главного двигателя 1 и верхней граничной частоты рабочего диапазона электродвигателя 3. Переход на привод во вращение гребного винта от двигателя 1 на вращение от электродвигателя 3 может осуществляться плавным приемом нагрузки при включенной муфте 2 с последующим ее отключением. Питание судовых электропотребителей во втором режиме может осуществляться как от дополнительных источников электроэнергии (на Фиг. 1 не показаны), так и от генератора 8, через главные шины 15 и понижающий преобразователь 17. При этом, преобразователем 17 могут быть реализованы алгоритмы компенсации реактивной мощности и симметрирования трехфазной системы напряжений на шинах 16 питания судовых электропотребителей, описанные ниже.In the second mode, when mechanical energy is transferred to the main propeller 4 (or the propeller) from the
В третьем режиме для суммирования и одновременной передачи механической энергии на главный гребной винт 4 от главного теплового двигателя 1 и от гребного электродвигателя 3, первый преобразователь 7 синхронизируется с ЭДС, вырабатываемыми статорными трехфазными обмотками электродвигателя 3 и принимает нагрузку. При этом частота вращения гребного винта 4 может быть повышена при ограничении выходной мощности главного двигателя 1 и электродвигателя 3. С учетом снижения пропульсивного КПД гребного винта 3 на частотах вращения выше номинальной, такой режим работы пропульсивной установки может применяться особых случаях для достижения максимальной скорости судна. Питание судовых электропотребителей в третьем режиме может осуществляться как от дополнительных источников электроэнергии (на Фиг. 1 не показаны), так и от генератора 8, через главные шины 15 и понижающий преобразователь 17. При этом, преобразователем 17 могут быть реализованы алгоритмы компенсации реактивной мощности и симметрирования трехфазной системы напряжений на шинах 16 питания судовых электропотребителей, описанные ниже.In the third mode, to summarize and simultaneously transfer mechanical energy to the main propeller 4 from the
В четвертом режиме для движения судна на малых скоростях и при маневрировании, гребной электродвигатель 14 кольцевой конструкции выдвигается (погружается) за обводы судна. Нижняя граничная частота экономичного рабочего диапазона электродвигателя 3 сопрягается с верхней граничной частотой рабочего диапазона погружаемого гребного электродвигателя 14 кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом. Мощность электродвигателя 14 выбирается для обеспечения движения судна в нижнем диапазоне скоростей - от номинальной частоты вращения второго гребного винта электродвигателя 14 с максимальным пропульсивным КПД и ниже.In the fourth mode, for the movement of the vessel at low speeds and during maneuvering, the rowing electric motor 14 of the ring structure extends (sinks) beyond the contours of the vessel. The lower cutoff frequency of the economical operating range of the
С целью обеспечения минимизации гидродинамических потерь от гребного винта 4 при движении судна от электродвигателя 14 на малых ходах и при маневрировании под управлением системы 25 возможен режим работы преобразователя 7 для подкрутки электродвигателем 3 гребного винта 4 (при отсоединении муфтой 2 приводного вала винта от главного гребного двигателя]). С учетом возможностей азимутального управления, высокого пропульсивного КПД гребного винта, встроенного в гребной электродвигатель 14 кольцевой конструкции, оптимального амплитудно-частотного управления им, обеспечивается снижение потерь энергии и экономия топлива на малых ходах и маневровых режимах судна. Питание судовых электропотребителей в четвертом режиме может осуществляться как от дополнительных источников электроэнергии (на Фиг. 1 не показаны), так и от генератора 8. через главные шины 15 и понижающий преобразователь 17. При этом, преобразователем 17 могут быть реализованы алгоритмы компенсации реактивной мощности и симметрирования трехфазной системы напряжений на шинах 16 питания судовых электроиотребителей, описанные ниже.In order to minimize hydrodynamic losses from the propeller 4 when the vessel moves from the electric motor 14 at low speeds and when maneuvering under the control of the
Электроприводы главного гребного винта 4 и встроенного гребного винта электродвигателя 14 кольцевой конструкции с преобразователями 7 и 11 частоты, реализованными по схеме прототипа, представленной на Фигуре 2, работают следующим образом.The electric drives of the main propeller 4 and the built-in propeller of the electric motor 14 of a ring design with
По сигналу, поступающему на вход системы управления 25 пропульсивной установкой борта от системы управления 28 верхнего уровня, работающие электроприводы могут быть переведены в режимы движения, торможения и реверса с компенсацией собственной реактивной мощности, генерируемой в главных шинах 15.According to the signal supplied to the input of the
В режиме движения и торможения электропривода гребного винта 4 с компенсацией собственной реактивной мощности, генерируемой преобразователем 7 на главные шины 15, система управления 25, через локальный блок управления 40 обратимого преобразователя 7 частоты, выдает сигналы задания в контроллеры 32 и 37, которые переводят выпрямитель 29 в режим управляемого выпрямления напряжения, поступающего от главных шин 15 через включенный третий автоматический выключатель 18 и его стабилизации на конденсаторном накопителе 38 звена постоянного тока. Одновременно, инвертор 30 переводится в режим формирования трехфазной системы напряжений, с амплитудой и частотой, определяемой контроллером 37 инвертора в соответствии с принципом векторного управления электроприводом. Гребной электродвигатель 3 с винтом 4 фиксированного шага приводятся во вращение с заданной системой управления 28 частотой. При этом управляемый выпрямитель 29 на своем силовом входе формирует ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону. Таким образом, на зажимах дросселя 34 ПЧ формируется трехфазная система векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающейся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на главных шинах 15.In the mode of movement and braking of the electric propeller 4 with compensation of the own reactive power generated by the
В выходной цепи управляемого выпрямителя 29, подключенной через датчик 35 тока к конденсаторному накопителю 38, протекает ток под управлением контроллера 32. Датчик напряжения 39 звена постоянного тока передает сигнал обратной связи по напряжению на конденсаторном накопителе 38 для регулирования (стабилизации) контроллером 32 напряжения на заданном уровне. Одновременно, во входной цепи управляемого выпрямителя 29 протекают фазные токи, амплитуды и фазы которых определяются векторной суммой напряжений на главных шинах 15 и ШИМ-напряжений, воспроизводимых управляемым выпрямителем 29 на своем силовом входе и величиной реактивного сопротивления дросселя 34.In the output circuit of the controlled
Информация о значениях токов через замкнутый третий автоматический выключатель 18, измеряемых третьим датчиком 33 тока фаз в каждой фазе, и линейных напряжениях на главных шинах 15, измеряемых датчиком 31 напряжения фаз, представляется в контроллер 32.Information about the values of the currents through the closed
В контроллере 32, по информации, поступающей с датчиков 31, 33, 35 и 39, вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на входе управляемого выпрямителя 29, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений на главных шинах 15, между векторами напряжений на этих шинах (главных шинах 15) и векторами токов управляемого выпрямителя 29, измеряемого датчиком 33 тока фаз, был заданный угол сдвига. Для компенсации реактивной мощности на главных шинах 15 этот угол должен быть близким к нулю.In the
Постоянное напряжение конденсаторного накопителя 38, под управлением контроллера 37, получающего информацию с датчиков 6, 36 и 39, преобразуется инвертором 37 в ШИМ-напряжение для питания трехфазных обмоток статора гребного электродвигателя 3.The constant voltage of the
Перевод электропривода в режим торможения с компенсацией собственной реактивной мощности производится по сигналу от системы управления верхнего уровня 28. При этом инвертор 30 принимает электроэнергию от гребного электродвигателя 3, перешедшего в генераторный режим, а управляемый выпрямитель 29, работающий по приведенному выше алгоритму, меняет направление тока на 180 электрических градусов, амплитудное значение которого задается с учетом уровня загрузки генератора 8, определяемого с помощью датчика 10 тока фаз. Механическая энергия, поступающая от гребного винта 4, преобразованная гребным электродвигателем 3, через обратимый преобразователь 7 частоты и понижающий преобразователь 17, поступает на шины 16 и может быть использована для питания судовых электропотребителей. В случае отсутствия включенных на шины 16 судовых электропотребителей, потребление энергии торможения реализуется традиционным способом - включением тормозных резисторов в звене постоянного тока преобразователя 7 частоты (на Фигурах 1 и 2 не показаны).The drive is put into braking mode with self-reactive power compensation by a signal from the upper-
Работа электропривода, встроенного гребного винта электродвигателя 14 кольцевой конструкции, реализованного на базе преобразователя 11 частоты по схеме на Фиг. 2, осуществляется аналогичным образом.The operation of the electric drive, the built-in propeller of an electric motor 14 of a ring structure, implemented on the basis of the
Понижающий преобразователь 17, построенный на базе преобразователя 41 частоты с выходными дросселем 42, фильтром 43, датчиками 44 и 45 токов и напряжений фаз, работает по аналогичному алгоритму, описанному для преобразователя 7 частоты. Отличие его режима состоит в обеспечении стабильных параметров выходного трехфазного напряжения на шинах 16, предназначенного для питания судовых электропотребителей. Так инвертор 30 преобразователя 41 частоты формирует ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону. На зажимах дросселя 42 формируется трехфазная система векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающейся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на шинах 16 питания судовых электропотребителей от подключенных к этим шинам источников электроэнергии (на Фиг. 1 не показаны). Инвертор 30 работает под управлением контроллера 37, получающего задания по интерфейсу, через блок 40, от систем управления 25 и 28, и информацию от датчиков 36, 39, 44 и 45. Контроллером 37 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на выходе инвертора 30. В результате сложения этих векторов с векторами напряжений на шинах 16, измеряемых датчиком 45 напряжений фаз, между векторами напряжений на этих шинах и векторами токов инвертора 30, измеряемого датчиком 44 тока фаз, был заданный угол сдвига. Для компенсации реактивной мощности на шинах 16 питания судовых электропотребителей этот угол должен быть близким к нулю.The step-
Режим симметрирования по модулю и фазе векторов трехфазной системы напряжений на шинах 16 осуществляется по сигналам датчика 45, под управлением контроллера 37 и формировании инвертором 30 компенсирующего воздействия. Этот режим может осуществляться, по сигналу системы управления 28 верхнего уровня. Инвертор 30 с помощью ШИМ воспроизводит на зажимах дросселя 42 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с отдельно, для каждой фазы, заданным модулем и углом сдвига, вращающуюся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на шинах 16 судовых электропотребителей. В результате векторы трехфазной системы напряжений на шинах 16 выравниваются по модулю с обеспечением взаимного фазового сдвига в 120 электрических градусов.The mode of balancing modulo and phase of the vectors of the three-phase voltage system on the
Коммутацией шестого и седьмого автоматических выключателей 21 и 22 управляет система управления борта 25. После включения автоматического выключателя 21, по информации датчиков 27 и 45 напряжений фаз преобразователем 41 частоты под управлением системы 25 осуществляется синхронизация напряжений фаз на выходе преобразователя 17 с напряжениями фаз на шинах 16. При достижении равенства этих напряжений по частоте, модулю и фазе, система 25 включает автоматический выключатель 22 для параллельной работы с источниками питания шин 16. Шины 15 и 16 могут получать электроэнергию и от соответствующих шин другого борта при включении автоматических выключателей 46 и 47. При использовании в качестве генераторов 8 электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, параллельная работа таких генераторов не предусматривается.The switching of the sixth and
В аварийных режимах электроприводы пропульсивной установки могут получать электроэнергию от источников питания шин 16 электропотребителей, через обратимый преобразователь 41 понижающего преобразователя 17.In emergency conditions, the electric drives of the propulsion system can receive electricity from power supplies of
Таким образом, расширение функциональных возможностей, применение в структуре нескольких, различающихся по мощности и принципу действия каналов передачи и преобразования энергии различными движителями при оптимальном распределении между каналами комбинированного пропульсивного комплекса участков скоростной характеристики судна, оптимизация рабочих режимов оборудования с целью получения максимального КПД, обеспечивает минимальные потери энергии, экономию топлива при повышении надежности электроэнергетической установки. Применение выдвижного электродвигателя-движителя кольцевой конструкции для движения и маневрирования на малых скоростях с использованием электропривода, подкручивающего главный гребной винт для минимизации гидродинамических потерь, позволяет дополнительно снизить потери энергии и обеспечить экономию топлива. Применение обратимых преобразователей частоты с векторным управлением, позволяет обеспечить регулирование частоты вращения в широком диапазоне, повышение КПД и качества электрической энергии в судовой электроэнергетической установке. Применение электрических гребных двигателей и синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов, тепловых двигателей с повышенной частотой вращения, в том числе и главного двигателя, приводящего во вращение с повышенной частотой входной вал винторулевой колонки, позволяет обеспечить уменьшения массы и габаритов.Thus, the expansion of functionality, the use in the structure of several channels of power transmission and energy conversion that differ in power and principle of operation of various propulsion engines with optimal distribution of sections of the vessel’s speed characteristics between the channels of the combined propulsive complex, optimizing the operating modes of the equipment in order to obtain maximum efficiency, ensures minimal energy losses, fuel economy while increasing the reliability of the power plant. The use of a ring-type retractable electric motor-mover for movement and maneuvering at low speeds using an electric drive that tightens the main propeller to minimize hydrodynamic losses, can further reduce energy losses and provide fuel economy. The use of reversible frequency converters with vector control makes it possible to control the rotation frequency in a wide range, increase the efficiency and quality of electric energy in a ship electric power plant. The use of electric propeller motors and synchronous generators with excitation from permanent magnets, heat engines with an increased rotational speed, including the main engine, which drives the input shaft of the helm column to rotate with an increased frequency, allows to reduce the weight and dimensions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137641/11U RU137014U1 (en) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137641/11U RU137014U1 (en) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU137014U1 true RU137014U1 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49957175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013137641/11U RU137014U1 (en) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU137014U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110001904A (en) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 上海丰滋新能源船舶科技有限公司 | A kind of dual motors system for pure electric vehicle ship |
| RU2707480C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко Российской академии наук | Device for emergency braking of a ship by means of control blade |
| RU2808732C1 (en) * | 2023-06-26 | 2023-12-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Marine speed and power control unit for electric motors |
-
2013
- 2013-08-09 RU RU2013137641/11U patent/RU137014U1/en active IP Right Revival
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707480C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко Российской академии наук | Device for emergency braking of a ship by means of control blade |
| CN110001904A (en) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 上海丰滋新能源船舶科技有限公司 | A kind of dual motors system for pure electric vehicle ship |
| RU2808732C1 (en) * | 2023-06-26 | 2023-12-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Marine speed and power control unit for electric motors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7576443B2 (en) | Method and apparatus for generating electric power | |
| JP5530603B2 (en) | Power converter | |
| JP5972169B2 (en) | Power conversion system and method | |
| CN105576921B (en) | Dynamically reconfigurable motor, electric system and motor dynamics reconstructing method | |
| CN205670685U (en) | Equipment for transmission electric power | |
| US20150349687A1 (en) | Electric Power Generation and Distribution for Islanded or Weakly-Connected Systems | |
| WO2012175624A1 (en) | Improvement in ship propulsion engine fuel efficiency | |
| WO2008056580A1 (en) | Superconductive rotating electric machine drive control system and superconductive rotating electric machine drive control method | |
| CN104037799A (en) | Ship shaft generator system and control method thereof | |
| SE514818C2 (en) | Constant frequency machine with varying / variable speed and procedure for such machine | |
| CN108923450B (en) | Control and operation method of current source type high-voltage direct-current transmission system | |
| JP2017093287A (en) | Multiphase electrical machine and method of use | |
| CN102420560A (en) | Excitation structure and alternating-current and direct-current excitation control method for frequency-variable alternating-current starting power generation system | |
| CN101753089A (en) | Wind power generation system for direct-drive dual stator-winding induction generator | |
| JP2003088190A (en) | Power generating facility | |
| CN110289636B (en) | Direct-drive double-fed wind generating set based on frequency division/low-frequency power grid operation | |
| RU137014U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
| RU119322U1 (en) | SHIP VALOGENERATORY INSTALLATION | |
| CN106864715A (en) | Double-fed type ship mixing axle translator unit starts the system and method with propulsion | |
| RU124246U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
| CN110329480A (en) | Marine electric propulsion system | |
| RU2493047C1 (en) | Ship shaft-driven generator | |
| RU2533869C1 (en) | Ship electric power generator | |
| RU2521883C1 (en) | Marine electric power plant | |
| CN104779856A (en) | Doubly-fed shaft generator system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150810 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20170110 |