Как было отмечено в предыдущем параграфе, одним из существенных недостатков ГЭУ с асинхронным гребным электродвигателем с фазным ротором является наличие громоздких пускорегулировочных сопротивлений и подвижных контактных соединений в цепи ротора двигателя. Этот недостаток может быть устранен путем использования в качестве гребного двигателя короткозамкнутого асинхронного электродвигателя. Такой электродвигатель характеризуется максимально простой конструкцией и высокой надежностью. Однако пускорегулировочные свойства короткозамкнутого асинхронного электродвигателя хуже, чем асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Действительно, если при постоянном по величине подводимом напряжении и частоте асинхронный электродвигатель с фазным ротором имеет столько же механических характеристик, сколько ступеней сопротивлений в цепи ротора, то короткозамкнутый двигатель имеет всего одну механическую характеристику. Поэтому единственным способом плавного регулирования угловой скорости короткозамкнутого асинхронного гребного электродвигателя оказывается изменение частоты напряжения, подводимого к двигателю.
На рис. 1 представлено два варианта принципиальной схемы ТЭГУ с асинхронным короткозамкнутым грибным электродвигателем с частотным управлением. Общими элементами для обоих вариантов являются турбина Т, снабженная регулятором угловой скорости РТ, синхронный генератор СГ, гребной электродвигатель ГЭД и реверсивный переключатель РП. Первый вариант схемы, приведенный на рис. 86, а, отличается от второго варианта схемы на рис. 86, б тем, что изменение частоты напряжения питания ГЭД осуществляется изменением угловой скорости турбогенератора. Сигнал управления по частоте Kf поступает на регулятор скорости турбины. Возбуждение синхронного генератора обеспечивается возбудителем В, напряжение которого изменяется путем подачи сигнала Ки на регулятор возбуждения РВ.
Рис. 1. ГЭУ с асинхронным короткозамкнутым гребным электродвигателем, имеющим частотное управление.
Во втором варианте схемы изменение частоты осуществляется с помощью статического преобразователя частоты СПЧ, который может быть выполнен на управляемых выпрямителях — тиристо-pax. В этой схеме сигнал управления по частоте Kf подается на систему управления преобразователем частоты.
Во втором варианте схемы не требуется широкого диапазона изменения угловой скорости турбогенератора, поэтому питание цепи возбуждения СГ можно обеспечить с помощью системы самовозбуждения ССВ так же, как это делается на синхронных генераторах общесудовых электростанций.
Помимо управления по частоте в ГЭУ предусматривается управление по напряжению, подводимому к ГЭД. Сигнал управления по напряжению в первом варианте схемы поступает на регулятор возбудителя РВ, а во втором варианте — на преобразователь частоты.
Управление по напряжению при частотном регулировании необходимо потому, что для обеспечения нужных значений пускового и критического моментов, coscp и к. п. д. гребного электродвигателя приходится с регулированием частоты изменять по определенному закону и напряжение, подводимое к ГЭД.
Общие закономерности регулирования угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением Частоты напряжения, установленные М. П. К’остенко, выражаются следующим уравнением:
Этот закон должна обеспечить система автоматического регулирования частоты и напряжения, подводимого к ГЭД.
ГЭУ по схеме, приведенной на рис. 86,6, имеет то преимущество, что не требует широкого регулирования угловой скорости генераторного агрегата. Глубина регулирования скорости ГЭД в этой схеме может быть обеспечена практически любой, в то время как в схеме на рис. 86, а глубина регулирования ограничена нижней устойчивой скоростью приводного двигателя генератора.
Однако СПЧ в схеме на рис. 1, б является весьма сложным звеном, снижающим надежность ГЭУ, искажающим форму напряжения питания ГЭД, что ухудшает электромеханические свойства двигателя.
Кроме того, в схеме, приведенной на рис. 1, б, условия протекания переходных процессов хуже. В частности, при реверсировании необходимо ограничивать ток статора по условиям перегрузочной способности диодов СПЧ.
Пусковые качества ГЭУ с короткозамкнутым электродвигателем можно улучшить, применяя в качестве ГЭД асинхронные короткозамкнутые электродвигатели специальной конструкции, например глубокопазные или двухклеточные.
Глубокопазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель отличается от обычного специальной конструкцией пазов ротора и стержней роторной обмотки, обеспечивающей при больших скольжениях вытеснение тока к верхней части стержней. Вследствие этого при пуске ток ротора распределяется в основном в верхней части стержней, распространяясь по всему сечению по мере разгона электродвигателя. Это явление по своему влиянию на электромеханические свойства двигателя аналогично управлению пуском с помощью изменения сопротивления в цепи ротора путем увеличения сопротивления в начальной стадии пуска и уменьшения сопротивления по мере разгона.
Указанная особенность глубокопазного ГЭД обеспечивает ему относительно небольшой ток при относительно большом пусковом моменте, т. е. лучшие пусковые характеристики, чем у обычного короткозамкнутого асинхронного электродвигателя.
Явление вытеснения тока в обмотке ротора для улучшения пусковых свойств используется также в асинхронном двухклеточ-ном короткозамкнутом электродвигателе, ранее применявшемся в отдельных ГЭУ. Однако как глубокопазные, так и двухклеточные электродвигатели дороже и сложнее обычных короткозамкнутых. Поэтому применение глубокопазного ГЭД ограничено, а двухклеточные гребные электродвигатели в современных ГЭУ вообще не применяются.
В качестве гребных электродвигателей находят также применение полюсопереключаемые короткозамкнутые асинхронные электродвигатели, в которых может быть обеспечено ступенчатое регулирование угловой скорости путем переключения обмотки статора на различное число пар полюсов. Такая возможность упоминалась для асинхронных ГЭД с фазным ротором, но для короткозамкнутых 1 ЭД этот способ регулирования скорости более предпочтителен. в случае короткозамкнутого ГЭД переключение обмотки статора «а другое число пар полюсов не требует никаких переключателей в обмотке ротора, что существенно упрощает процесс ступенчатого регулирования скорости двигателя. Следует, однако, подчерк-уть, что полюсопереключаемые короткозамкнутые синхронные Д могут обеспечить лишь ограниченное число скоростей при ределенном моменте сопротивления на гребном валу.