Стремление объединить преимущества ГЭУ переменного тока (небольшие габариты генераторных агрегатов) и преимущества ГЭУ постоянного тока (высокие маневренные качества гребных электродвигателей) привело к, разработке систем электродвижения переменно-постоянного тока — систем ГЭУ смешанного тока. В этих системах в качестве источников электроэнергии используются синхронные трехфазные генераторы, а в качестве гребных двигателей — электродвигатели постоянного тока. Подключение двигателя постоянного тока к генератору переменного тока осуществляется через преобразовательные устройства переменного тока в постоянный.
До недавнего времени создание систем электродвижения переменно-постоянного тока тормозилось недостаточным уровнем развития преобразовательной техники. Высокоэкономичные ртутные выпрямители, широко применявшиеся в береговых электротехнических установках, не могли быть использованы па судах из-за специфических условий эксплуатации судового оборудования. Единственно широко применяемым на судах типом преобразователя переменного тока в постоянный был вращающийся преобразователь, состоящий из приводного электродвигателя переменного тока и генератора постоянного тока. Однако использовать такой преобразователь для питания ГЭД постоянного тока от сети переменного тока не имело смысла по технико-экономическим показателям. Благодаря развитию полупроводниковой техники и внедрению ее на судах появилась возможность создавать высоко4-экономичные ГЭУ двойного рода тока.
По сравнению с ГЭУ постоянного тока системы электродвижения смешанного тока отличаются лучшими весогабаритными показателями генераторных агрегатов. Эти преимущества особенно ярко проявляются при использовании мощных высокооборотных генераторных агрегатов переменного тока. Так, например, относительная масса генератора постоянного тока мощностью 3600 кВт при номинальной угловой скорости 62,8 рад/с составляет около 8,32 кг/кВт, а относительная масса генератора переменного тока той же мощности при номинальной угловой скорости 314 рад/с равна 3,25 кг/кВт. При использовании генераторов переменного тока мощностью 8—10 тыс. кВт их относительная масса снижается до 2,6 кг/кВт. Габариты генераторов переменного тока значительно меньше габаритов генераторов постоянного тока, а к. п. д.— выше.
Еще более высокие технико-экономические показатели имеют генераторы переменного тока с водородным охлаждением, что для коллекторных машин практически неприемлемо.
Надежность блока генератор переменного тока — выпрямитель выше надежности генератора постоянного тока.
Кроме отмеченных достоинств в ГЭУ смешанного тока значительно улучшается использование приводного двигателя по сравнению с его использованием в ГЭУ постоянного тока. Приводные двигатели в ГЭУ двойного рода тока сопрягаются с генераторами переменного тока, вследствие чего в значительной мере снижаются ограничения, накладываемые генератором постоянного тока на величину мощности и угловой скорости приводного двигателя. В результате снимаются ограничения на использование турбин в качестве приводных двигателей генераторов, особенно при переходе к турбогенераторам повышенной частоты.
Указанное достоинство ГЭУ двойного рода тока особенно важно для судов-атомоходов, так как при этом в значительной мере упрощается использование пара высоких параметров. Расширяются также возможности для использования высокооборотных газовых турбин в качестве приводных двигателей генераторов ГЭУ.
Отмеченные преимущества ГЭУ смешанного тока обеспечивают им перспективное развитие. Ориентировочные расчеты показывают, что стоимость основного оборудования ГЭУ двойного рода тока на 20—30% меньше стоимости оборудования ГЭУ постоянного тока, а масса — на 20—25% ниже. В то же время установка приобретает маневренные качества, близкие к тем, какие имеет ГЭУ постоянного тока. I
В зависимости от вида преобразователя переменного тока в постоянный возможны два типа ГЭУ двойного рода тока:
1) установки с неуправляемыми выпрямителями;
2) установки с управляемыми выпрямителями — тиристорами.
В установке с неуправляемыми выпрямителями переменный трехфазный ток, вырабатываемый генератором, выпрямляется блоком неуправляемых выпрямителей В и подводится к гребному электродвигателю постоянного тока Д. Выпрямитель собирается на кремниевых диодах по трехфазной мостовой схеме и представляет собой преобразовательную подстанцию, размещаемую в специальных шкафах.
Рис. 1. Принципиальная схема ГЭУ двойного рода тока:
а — с неуправляемыми выпрямителями; б — с управляемыми выпрямителями — тиристорами.
Управление установкой осуществляется изменением напряжения синхронного генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения возбудителя генератора ОВВГ. С целью уменьшения габаритов аппаратуры управления и удобства введения корректирующих сигналов управления в цепи ОВВГ использован магнитный усилитель МУ. Обмотка управления МУ подключена на регулируемое сопротивление R{, находящееся в посту управления ГЭУ.
На вход магнитного усилителя подается также управляющее напряжение, пропорциональное падению напряжения в обмотках дополнительных полюсов ДП и в компенсационной обмотке КО гребного электродвигателя. В результате в схеме образуется жесткая отрицательная обратная связь по току нагрузки, что позволяет обеспечить меХаническйе характеристики гребного двигателя близкими по форме к механическим характеристикам двигателя в ГЭУ постоянного тока.
Помимо регулирования угловой скорости гребного электродвигателя изменением возбуждения синхронного генератора возможно также регулирование угловой скорости изменением возбуждения двигателя с помощью реостата R% в цепи обмотки возбуждения возбудителя двигателя ОВВ.
Схема с управляемыми выпрямителями отличается тем, что выпрямительная установка выполнена с помощью управляемых выпрямителей У В — тиристоров.
Управляющие напряжения, подаваемые на УВ, формируются в блоке управления БУ. В этот же блок заводятся также сигналы требуемых обратных связей, например обратной связи по току якоря гребного электродвигателя.
При наличии в ГЭУ смешанного тока нескольких генераторов и гребных электродвигателей соединение их в схему главного тока осуществляется так, чтобы обеспечить независимое управление всеми винтами при работе любого числа первичных двигателей генераторов.
Существенным недостатком ГЭУ смешанного тока является пульсация напряжения на выходе выпрямителя, что ухудшает условия работы гребного электродвигателя. Наличие преобразовательного устройства также обусловливает дополнительные потери в синхронном генераторе от высших гармонических составляющих тока статора.
Для устранения указанных недостатков могут быть использованы сглаживающие реакторы. Кроме того, можно применять также специальные типы синхронных генераторов, в частности шестифазный генератор с двумя сдвинутыми на 30 эл. град статор-пыми обмотками.