На рис. 53 приведена принципиальная схема возбуждения ГЭУ, в которой в качестве возбудителя используется генератор постоянного тока. В этой схеме обмотка возбуждения ОВГ главного генератора Г подключена на якорь возбудителя генератора ВГ — машины постоянного тока независимого возбуждения с приводным двигателем ПДВ. Величина напряжения, развиваемого возбудителем и прикладываемого к цепи ОВГ, регулируется путем изменения напряжения, подводимого к обмотке возбуждения возбудителя ОВВГ. С этой целью обмотка ОВВГ подключается к источнику постоянного напряжения через потенциометрический реостат, играющий роль поста управления ПУ.
Мощность, необходимая для питания обмоток возбуждения машин, невелика и составляет около 1% мощности самих машин или несколько больше (для машин малой мощности). Таким образом, мощность цепи управления, т. е. мощность цепи ОВВГ, весьма мала, что обусловливает незначительные габариты ПУ. Помимо основного возбудительного агрегата предусматривается резервный.
Для формирования требуемых электромеханических свойств главных генераторов и гребных электродвигателей, питающихся от этих генераторов, возбудители генераторов могут иметь две или три обмотки возбуждения. В таких случаях одна из обмоток подключается к посту управления, а остальные используются для введения регулирующих сигналов — обратных связей по току ГЭД и напряжению возбуждения генератора.
Подробнее свойства систем с трехобмоточными возбудителями будут рассмотрены ниже.
В отдельных ГЭУ в качестве возбудителей используются электромашинные усилители (ЭМУ), представляющие собой электрические генераторы специальной конструкции. Существует большое разнообразие различных типов ЭМУ, но наибольшее распространение в ГЭУ получили ЭМУ поперечного поля – амплидины. В отдельных случаях используются ЭМУ продольного поля — рототролы.
Электромашинный усилитель поперечного поля от обычного генератора постоянного тока отличается конструкцией статора и выполнением системы возбуждения. В частности, отличительной особенностью ЭМУ является наличие двух пар щеток на якоре: поперечных щеток ab и продольных cd. Поперечные щетки замкнуты накоротко, а к выводам продольных щеток подключается внешняя нагрузка, которой в ГЭУ являются обмотки возбуждения возбудителей генераторов или самих генераторов и гребных электродвигателей. Обмотки возбуждения ЭМУ, расположенные на полюсах статора, носят название обмоток управления. Их число может достигать четырех.
Рис. 1. Принципиальная схема возбуждения ГЭУ.
Рис. 2. Система возбуждения ГЭУ с использованием электромашинного усилителя.
Кроме обмоток управления на полюсах ЭМУ размещена компенсационная обмотка КО, обтекаемая током нагрузки.
Принцип работы ЭМУ заключается в следующем. К обмотке управления подводится напряжение управления Uu под влиянием которого в обмотке потечет ток. Этот ток создаст магнитный поток, под действием которого во вращающемся якоре ЭМУ наводится э. д. с. Так как щетки замкнуты, то в поперечной цепи потечет ток.
Ток h создает значительный по величине магнитный поток Фг (на рисунке не показан). Под влиянием потока Ф2 на продольных щетках dc наводится э. д. е., и при подключении к этим щеткам нагрузки, например ОВВГ, на ней будет приложено напряжение Uht, обусловливающее ток
Обмотка КО служит для создания магнитного потока, компенсирующего магнитный поток тока нагрузки. Это необходимо, чтобы исключить влияние потока тока нагрузки на поток тока управления. Для настройки ЭМУ компенсационная обмотка шунтируется регулируемым сопротивлением Rm.
Остальные обмотки управления используются для введения в усилитель различных корректирующих управляющих сигналов от элементов системы управления той или иной установкой, например от различных элементов ГЭУ.
В ЭМУ коэффициент усиления значительно выше, чем в обычных генераторах, и достигает 10 000, а в специальных типах — до 100 000. Таким образом, с помощью весьма слабых сигналов управления в ЭМУ осуществляется управление значительными мощностями. Наличие нескольких обмоток управления позволяет осуществлять управление в функции нескольких управляющих сигналов.
ЭМУ обычно выпускаются в комплекте с приводным двигателем, в качестве которого используются асинхронные короткозамкнутые электродвигатели или двигатели постоянного тока.
При выборе ЭМУ в качестве возбудителя гребной электрической установки необходимо иметь в виду, что максимальная мощность серийно выпускаемых электромашинных усилителей поперечного поля составляет 11 кВт. Выполнение ЭМУ поперечного поля на более высокие мощности затруднительно, так как при этом усложняются условия нормальной коммутации усилителей. Вследствие этого снижается коэффициент усиления и быстродей-
В тех случаях, когда мощность цепей возбуждения главных электрических машин ГЭУ значительна, ЭМУ поперечного поля применяются в качестве подвозбудителей — генераторов для питания обмоток возбуждения возбудителей. Такое решение значительно усложняет систему возбуждения ГЭУ, в связи с чем были проведены работы по расширению диапазона мощностей ЭМУ.
В 50-х годах в связи с проектированием и строительством мощных ГЭУ, в частности ГЭУ атомного ледокола «Ленин», в нашей стране были разработаны новые типы электромашинных усилителей. Вследствие ряда специальных мер конструктивного и схемного характера мощность отдельных ЭМУ поперечного поля была доведена до 100 кВт. Кроме того, были разработаны ЭМУ продольного поля — рототролы, мощность которых может измеряться сотнями киловатт при значительном (до 100 000) коэффициенте усиления и значительном быстродействии.
Примерами использования ЭМУ продольного поля в качестве возбудителей могут служить системы возбуждения ГЭУ ледокола «Ленин» и ГЭУ дизель-электроходов отечественной постройки типа «Амгуэма».
В целом системы возбуждения с использованием ЭМУ имеют существенные недостатки, обусловленные использованием вращающихся машин сложной конструкции. Поэтому в последние годы наблюдается все возрастающая тенденция к использованию систем возбуждения со статическими элементами.