ГЭУ переменного тока применяются в тех случаях, когда при выборе типа гребной установки технико-экономический анализ показывает целесообразность использования электродвижения, а высоких маневренных качеств от судна не требуется.
Отличаясь более низкой маневренностью, ГЭУ переменного тока наряду с этим обладают рядом существенных преимуществ перед ГЭУ постоянного тока. Электрические машины — генераторы и электродвигатели — в ГЭУ переменного тока более просты по конструкции, более надежны и экономичны. Масса и габариты электрических машин переменного тока меньше по сравнению с массой и габаритами электрических машин постоянного тока. Отсутствие коллектора в электрических машинах переменного тока упрощает их эксплуатацию, значительно увеличивает возможный Диапазон мощностей применяемых в ГЭУ электрических машин и диапазон их угловых скоростей. Так как угловая скорость гребного электродвигателя ограничивается характер ристиками гребного винта, то в отдельных случаях в ГЭУ переменного тока, так же как и в ГЭУ постоянного тока, оказывается
целесообразным использовать гребной электродвигатель с угловой скоростью значительно более высокой, чем угловая скорость гребного вала, установив при этом редукторную передачу между ротором электродвигателя и гребным валом.
ГЭУ переменного тока по сравнению с ГЭУ постоянного тока отличаются более высоким к. п. д., меньшим весом, меньшей стоимостью и большей надежностью.
Так же как ГЭУ постоянного * тока, гребные электрические установки переменного тока включают в себя следующие основные элементы: приводные двигатели генераторов (первичные двигатели), электрические генераторы, гребные электродвигатели, кабельную сеть, соединяющую генераторы и двигатели. В наиболее простом случае ГЭУ состоит из одного приводного двигателя ПД (рис. 78), одного трехфазного синхронного генератора Г и трехфазного гребного электродвигателя Д. Для реверсирования двигателя предусмотрен реверсивный переключатель РП. В дальнейшем с целью упрощения будет использовано однолинейное изображение элементов трехфазной системы.
В качестве первичных двигателей в ГЭУ переменного тока используются паровые и газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания — дизели.
Турбины обычно устанавливаются в ГЭУ большой мощности, так как с увеличением мощности агрегата его экономичность Повышается. В ГЭУ переменного тока нет тех ограничений по мощности, которые накладывает на турбину наличие коллектора у генератора постоянного тока. По этой же причине угловая скорость турбины при прямом соединении с генератором устанавливается равной 314 рад/с в системах с отбором электрической мощности на общесудовые нужды. В автономных ГЭУ переменного тока угловая скорость турбогенераторов может быть выше 314 рад/с.
Рис. 1. Принципиальная схема ГЭУ переменного тока.
Условия использования турбины в качестве первичного двигателя в ГЭУ переменного тока определяют ряд специфических требований, часть из которых зависит от особенностей конкретной гребной установки. Однако некоторые требования являются общими для всех ГЭУ переменного тока. Так, например, необходимо, чтобы у турбины был быстродействующий, регулятор угловой скорости, который при сбросе и набросе 100%-ной нагрузки обеспечивал бы поддержание частоты вращения турбогенератора с точностью 4± 1%.
Регуляторы угловой скорости турбин должны обеспечивать возможность регулирования скорости в диапазоне 5:1—4:1. При повышении угловой скорости турбогенератора свыше 110% должны срабатывать предельные регуляторы скорости. Турбина должна выдерживать 20%-ные перегрузки по мощности в течение 5 мин и 50%-ные — в течение 5 с.
Большие перспективы для использования в качестве первичного двигателя в ГЭУ переменного тока имеют газовые турбины.
Дизели в качестве первичных двигателей в ГЭУ переменного тока применяются в установках средней мощности. Требования к регуляторам угловой скорости дизелей в ГЭУ переменного тока те же, что и для турбин, но диапазон регулирования скорости несколько меньше. Дизели должны выдерживать кратковременные 10%-ные перегрузки по мощности в течение 1 ч.
Все первичные двигатели, устанавливаемые в ГЭУ, являются нереверсивными.
В качестве гребных электродвигателей в ГЭУ переменного тока используются трехфазные синхронные генераторы, обладающие высокими технико-экономическими показателями. В турбоэлектрических гребных установках (ТЭГУ) обычно применяются неявнополюсные генераторы, а в дизель-электрических (ДЭГУ)—явнополюсные синхронные генераторы.
В качестве гребных электродвигателей в ГЭУ переменного тока используются трехфазные двигатели различных типов: синхронные, асинхронные с фазным ротором, асинхронные глубо-копазные, синхронно-асинхронные.
Применение электрических машин и систем одно- и двухфазного переменного тока в ГЭУ чаще всего является нецелесообразным, так как эти машины уступают по своим технико-эко-номическим показателям трехфазным машинам.
Частота тока в ГЭУ переменного тока обычно выбирается равной 50 Гц, а максимальное линейное напряжение генераторов и электродвигателей не превышает 6300 В. Схема главного тока зависит от количества гребных валов, общей мощности ГЭУ переменного тока и типа первичного двигателя. Так как концентрация мощности турбогенераторов в минимальном числе агрегатов повышает экономичность установки, то число генераторных агрегатов в ТЭГУ выбирается минимальным, т. е.. число гребных валов должно быть больше числа генераторных агрегатов или равно ему.
Наиболее простая схема главного тока ТЭГУ с одним гребным валом может иметь вид, изображенный на рис. 78. На рис. 79 представлены в однолинейном изображении два возможных варианта схемы главного тока ТЭГУ при наличии двух гребных валов. В первом варианте (рис. 79, а) ТЭГУ имеет один генераторный агрегат, состоящий из турбины Т и синхронного генератора Г, и два гребных электродвигателя ГЭД1 и ГЭД2. В схеме главного тока имеется один разъединитель Р на шинах генератора и два разъединителя PI, Р2 на шинах гребных электродвигателей. Требования к разъединителям в цепях главного тока таковы, что обычно нет надобности усложнять их конструкцию и применять выключатели специального типа, так как разъединение главных цепей ГЭУ осуществляется при снятом возбуждении на генераторах и гребных электродвигателях. В схеме установлены также два реверсивных переключателя РП1 и РП2, так как возможна работа винтов при неодинаковом направлении их вращения (работа «враздрай») с целью повышения маневренных качеств судна.