Системы стабилизации мощности ГЭУ


Категория Судовые электростанции

Достаточная степень стабилизации мощности ГЭУ постоянного тока может быть достигнута, если к сигналам управления возбуждением генератора, зависящим от тока гребного двигателя, добавить сигнал управления, зависящий от угловой скорости генератора.

Принципиальная схема такой системы, предложенной П. В. Куропаткиным, представлена на рис. 1. В этой схеме обмотка возбуждения ОВГ генератора Г подключена на напряжение возбудителя генератора ВГ, в качестве которого с целью увеличения коэффициента усиления системы- и увеличения точности регулирования может быть принят трехступенчатый электромашинный усилитель продольного поля.

Магнитный поток возбудителя генератора обеспечивается тремя обмотками управления: ОУ1, ОУ2, ОУЗ.

Обмотка ОУ1 является задающей. Она подключается на внешний источник постоянного напряжения. С целью обеспечения различных режимов работы ГЭУ величина и направление тока в обмотке ОУ1 могут изменяться с помощью потенциометрического реостата ПР, выполняющего функции поста управления.

Обмотка ОУ2 подключается на падение напряжения, которое создается током гребного электродвигателя ГЭД на компенсационной обмотке КО и на обмотке дополнительных полюсов ДП. Магнитный поток обмотки ОУ2 пропорционален току двигателя, а при неизменном возбуждении двигателя — моменту на гребном валу. Обмотка ОУ2 подключается так, чтобы ее магнитный поток был направлен встречно магнитному потоку обмотки ОУ1. Таким образом, обмотка ОУ2 в системе управления ГЭУ осуществляет функции жесткой отрицательной обратной связи по току или моменту гребного электродвигателя.

Обмотка ОУЗ через реверсивное устройство РУ подключена в цепь коллектор—эмиттер полупроводникового триода Т. Цепь эмиттер база триода подключена на выходное напряжение нелинейного моста ПМ, на вход которого подается напряжение тахо-генератора ТГ, сочлененного с валом генератора Г. Таким образом, цепь ТГ — НМ — Т — ОУЗ осуществляет нелинейную обратную связь по угловой скорости генераторного агрегата. Эта цепь включается с помощью контакта К при номинальной угловой скорости дизеля.

Если отключить цепь обмотки ОУЗ, то в качественном отношении рассматриваемая система будет работать так же, как ГЭУ с трехобмоточным возбудителем генератора, т. е. регулирование мощности будет осуществляться по закону, отличному от гиперболы постоянства мощности. Наличие нелинейной обратной связи по угловой скорости дизеля позволяет обеспечить более качественную стабилизацию мощности на гребных валах. Это достигается следующим образом.

При номинальной загрузке дизеля нелинейный мост уравновешен, его выходное напряжение и напряжение, прикладываемое к цепи обмотки ОУЗ, равны нулю. Если возникнет перегрузка дизеля, то его угловая скорость снизится, вследствие чего снизится напряжение, развиваемое тахогенератором и прикладываемое на вход нелинейного моста. Равновесие моста нарушается, и на его выходе возникнет напряжение, прикладываемое к цепи эмиттер—база триода. В результате цепь коллектор—эмиттер триода откроется и по обмотке ОУЗ потечет ток.

Рис. 1. Система стабилизации мощности ГЭУ с обратной связью по угловой скорости генератора.

Обмотка ОУЗ включена так, что образуемый током этой обмотки магнитный поток направлен согласно магнитному потоку обмотки ОУ2 и встречно магнитному потоку обмотки. Вследствие этого при появлении тока .в обмотке ОУЗ возбудитель генератора будет дополнительно размагничиваться, что вызовет уменьшение напряжения, развиваемого генератором и прикладываемого к гребному электродвигателю. При реверсировании гребного электродвигателя цепь обмотки ОУЗ переключается реверсивным устройством РУ.

Нелинейный характер обратной связи по угловой скорости дизеля позволяет обеспечить такой закон изменения тока в обмотке ОУЗ, при котором изменение напряжения,, подводимого к гребному электродвигателю, обеспечивает стабилизацию мощности на его валу.

возбудителем генератора. Исследования системы показали также, что наличие нелинейной обратной связи по угловой скорости существенно улучшает работу ГЭУ в переходных режимах, что очень важно для установок, работающих с частыми и резкими изменениями нагрузки на гребных валах.

Ценным качеством рассматриваемой системы управления ГЭУ является то, что обратная связь по угловой скорости дизеля позволяет регулировать нагрузку на него с учетом технического состояния дизеля, например с учетом снижения его мощности при ухудшении качества топлива, засорения форсунок и др. В тех случаях, когда на вал дизель-генератора ГЭУ навешивается генератор для питания общесудовой сети, наличие обратной связи по угловой скорости дизеля позволяет учесть также изменения нагрузки, потребляемой сетью.

Так как в рассмотренной системе стабилизации мощности каждый генератор имеет свой возбудитель с обратной связью по угловой скорости дизель-генератора, то эта система становится громоздкой и неудобной в схемах, в которых имеется несколько последовательно соединенных генераторов при одном гребном электродвигателе.

Более универсальным способом обеспечения стабилизации мощности ГЭУ является регулирование мощности гребного электродвигателя путем изменения его магнитного потока.

На рис. 73 приведена принципиальная схема стабилизации мощности ГЭУ с регулированием магнитного потока ГЭД. Наряду с автоматическим регулированием напряжения генератора, осуществляемого с помощью трехобмоточного возбудителя ВГ, в рассматриваемой системе осуществляется также автоматическое регулирование возбуждения гребного электродвигателя ГЭД. Для этого возбудитель двигателя ВД снабжен двумя обмотками возбуждения: обмоткой независимого возбуждения ОВВН и токовой обмоткой ОВВТ. Первая подключается на источник постоянного напряжения, вторая — на выход магнитного усилителя МУ. Магнитные потоки обеих обмоток складываются, образуя суммарный магнитный поток возбуждения возбудителя двигателя, определяющий магнитный поток ГЭД.

Выходное напряжение магнитного усилителя Uму, на которое подключена ОВВТ, зависит от величины тока, поступающего в качестве управляющего сигнала на МУ со вторичной обмотки трансформатора постоянного тока ТПТ. Первичной цепью ТПТ является шина, включенная в цепь якоря ГЭД. Таким образом, магнитный поток обмотки ОВВТ в определенном диапазоне изменения нагрузки на гребном валу будет зависеть от тока ГЭД. В этом диапазоне с увеличением нагрузки на валу магнитный поток ОВВТ и суммарный магнитный поток возбудителя двигателя будут увеличиваться. Это приведет к снижению угловой скорости ГЭД и увеличению его вращающего момента.

Рис. 2. Механическая характеристика ГЭД при широком изменении нагрузки.

Рис. 3. Система стабилизации мощности ГЭУ с регулированием магнитного потока гребного электродвигателя.

При соответствующем выборе параметров системы регулирование магнитного потока двигателя будет осуществляться автоматически так, что вращающий момент и угловая скорость ГЭД, зависящие от магнитного потока, будут изменяться в таком соотношении, при котором их произведение остается неизменным и равным произведению номинальных значений момента и угловой скорости.

Следует отметить, что в любой системе стабилизации мощности ГЭУ регулирование по закону гиперболы постоянства мощности целесообразно только в диапазоне работы установки от хода судна в открытой воде до швартовного режима, т. е. в диапазоне АВ.

регулирование по закону Мы = const (кривая 3) при значительном увеличении момента на валу правее точки В и при значительном уменьшении этого момента левее точки А недопустимо, так как это приведет либо к значительной перегрузке двигателя, либо к недопустимому его разгону.

Поэтому в любой системе стабилизации мощности ГЭУ постоянного тока должны быть предусмотрены такие средства, которые бы обеспечили изменение закона регулирования за пределами диапазона АВ и переход ГЭД на крутопадающую механическую характеристику.


Читать далее:

Категория Судовые электростанции