До сих пор нами рассматривались системы электродвижения, в которых электроэнергетические установки использовались только для питания гребных электродвигателей. На судах с такими ГЭУ для питания общесудовых потребителей устанавливаются отдельные электростанции.
В принципе возможно на ходу судна часть генераторных агрегатов ГЭУ использовать для питания других потребителей, отключив эти агрегаты от шин электродвижения. Кроме того, в ГЭУ постоянного и переменного тока на валы генераторных агрегатов, предназначенных для питания гребных электродвигателей, иногда навешивают генераторы для питания общесудовых потребителей. Такое решение, по существу, является одним из вариантов вало-генератора, рассмотренного в первой части настоящего пособия.
В настоящее время разработаны судовые электроэнергетические установки, способные в различных ходовых режимах судна обеспечивать электроэнергией от одних и тех же генераторов одновременно как гребной электродвигатель, так и общесудовые потре-. бители. Такие установки будем называть едиными судовыми электроэнергетическими установками (ЕСЭУ).
Применение ЕСЭУ позволяет отказаться от установки вспомогательной электростанции для питания общесудовых потребителей и значительно повысить экономичность генераторных агрегатов.
Рис. 1. Внешний вид генераторного агрегата ГЭУ с регулятором.
Использование в качестве ЕСЭУ рассмотренных выше гребных электрических установок невозможно потому, что требования к качеству электроэнергии со стороны общесудовых потребителей и со стороны гребных электродвигателей различны. В частности, напряжение на шинах общесудовых потребителей должно поддерживаться неизменным с точностью 2,5% для всех нагрузок от холостого хода до номинальной, а напряжение, подводимое к гребному электродвигателю, может изменяться в широких пределах.
Так как подавляющее большинство современных судов имеет электрооборудование на переменном токе, то наибольший интерес представляют ЕСЭУ с синхронными генераторами.
Рис. 2 Схема главного тока судов типа «Зеленодольск».
Первые построенные в нашей стране ЕСЭУ можно подразделить на два типа.
Первый тип ЕСЭУ характеризуется тем, что гребной электродвигатель подключается на шины главного распределительного щита судовой электростанции через промежуточные устройства регулирования параметров электроэнергии, подаваемой на ГЭД. Эти устройства вместе с аппаратурой управления ГЭД позволяют обеспечить устойчивую работу общесудовых потребителей электроэнергии.
Второй тип ЕСЭУ характеризуется использованием в ГЭУ гребных винтов регулируемого шага (ВРШ). В этом случае управление режимами работы гребной установки осуществляется в основном с помощью системы управления ВРШ, что значительно снижает требования к пусковым и регулировочным качествам ГЭД.
К первому типу ЕСЭУ относится электростанция судов типа рыбоморозильного рефрижератора «Зеленодольск». В этих установках гребной асинхронный электродвигатель ГЭД (рис. 93) подключается на шины судовой электростанции через индукционный регулятор ИР, позволяющий плавно регулировать подводимое к двигателю напряжение от нуля до номинального значения.
Для поворота индукционного регулятора служит приводной двигатель ПД — короткозамкнутый асинхронный электродвигатель.
Как отмечалось ранее, регулирование угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением величины подводимого напряжения является весьма несовершенным, так как существенно уменьшает вращающий момент двигателя, пропорциональный квадрату подводимого напряжения. Поэтому в рассматриваемой
ЕСЭУ применен гребной асинхронный электродвигатель с фазным ротором, в цепь которого включен регулировочный реостат с четырьмя ступенями сопротивлений Ri — i?4. Вследствие этого ГЭД имеет пять механических характеристик: одну естественную 3 и четыре искусственные 4—7, соответствующие четырем значениям добавочных сопротивлений в цепи ротора.
Регулирование угловой скорости с помощью реостата в цепи ротора осуществляется при неизменном напряжении, подводимом к ГЭД и равном номинальному. Четырем значениям добавочных сопротивлений соответствуют четыре значения критических скольжений sKp: 0,25, 0,5, 0,75, 1,0. Вывод сопротивлений осуществляется с помощью контактов КУ1—КУ4 (см. рис. 93). После того как выведены все сопротивления и механическая характеристика ГЭД получила максимальный наклон, дальнейшее регулирование скорости осуществляется изменением подводимого напряжения (характеристики 8—11 на рис.94 для напряжений соответственно 0,8, 0,6, 0,4 и 0,3 UUOm)- В результате диапазон регулирования скорости получается весьма большой: практически в пределах от номинальной частоты вращения ГЭД, равной 290 об/мин, до нуля. При этом во всем диапазоне регулирования двигатель имеет достаточно высокий критический момент, т. е. достаточно высокую перегрузочную способность.
Рис. 3. Механические характеристики гребного электродвигателя в ЕСЭУ судов типа «Зеленодольск».
Установившийся режим работы 1 сЭД характеризуется точками пересечения определенной механической характеристики с кривыми момента сопротивления на гребном валу, располагающимися между характеристикой хода в свободной воде (кривая 1) и швартовной характеристикой (кривая 2).
Реверсирование ГЭД осуществляется с помощью реверсивных контактов КР1 — КР4.
Достоинством рассмотренной ГЭУ является возможность отбора мощности на общесудовые нужды при любом режиме работы ГЭД, а недостатком — потребность в дополнительном громоздком оборудовании: индукционном регуляторе, трехфазном реостате.
Ко второму типу ЕСЭУ относятся электростанции судов типа рефрижератора «Октябрьск».
Регулирование угловой скорости гребного вала на этих судах осуществляется путем изменения разворота лопастей ВРШ при неизменной угловой скорости ГЭД. Поэтому в качестве ГЭД в ЕСЭУ принят синхронный электродвигатель, обладающий лучшими технико-экономическими показателями, чем асинхронный.
На период пуска ГЭД питающие его генераторы отключаются от системы питания потребителей общесудовых нужд. Пуск синхронного ГЭД осуществляется с помощью короткозамкнутой пусковой обмотки ротора при пониженной частоте с последующим увеличением частоты питания до минимальной и подачей возбуждения. По окончании процесса пуска шины электродвижения соединяются с шинами собственных нужд и система работает, как ЕСЭУ.
Недостатками ЕСЭУ являются увеличение стоимости, усложнение схемы и снижение надежности ГЭУ из-за наличия ВРШ.