ЕДИНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КОЛЕСНОГО СУДНА С ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЕМ ТИПА "СУРА"

solution of the problem should be assessed significance of selected factors. The main factors and criteria of similarity dispersed liquid mixture viscoplastic fluid saturated gas bubbles are considered. The most important factors identified. Compiled factorial equation for constructing the plan of former experimental research.

УДК 621.313.3

О.С. Хватов, зав. кафедрой, проф., д.т.н., ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Е.М. Бурда, доц., к.т.н., ФГБОУ ВО «ВГУВТ» И.А. Тарпанов, ст. преподаватель, к.т.н., ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

ЕДИНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КОЛЕСНОГО СУДНА С ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЕМ ТИПА «СУРА»

Ключевые слова: дизель-генератор, преобразователь частоты, гребной электродвигатель

В статье рассматривается единая судовая электростанция колёсного судна ПКС-40.

Показана возможность, при отсутствии параллельной работы дизель-генераторов и

неравномерной нагрузки гребных колес, обеспечить равномерную загрузку генераторов и

улучшить динамические характеристики гребной электрической установки судна.

Начиная с 2009 г. в Нижегородской области ведется строительство и ввод в эксплуатацию мелкосидящих пассажирских колесных судов проекта ПКС-40. Привод колес осуществляется от электрических двигателей мощностью 75 кВт. Питание каждого двигателя производится от преобразователя частоты типа АТУ71. Преобразователь рассчитан на управление двигателями мощностью до 75 кВт с номинальным напряжением 380 В и обеспечивает диапазон регулирования частоты от 0 до 50 Гц. Отклонение скорости не превышает ±10% от номинального скольжения двигателя.

На судне имеется единая электростанция, содержащая два дизель-генератора (ДГ1, ДГ2) мощностью по 100кВт, обеспечивающая питание как гребной электрической установки (ГЭУ), так и общесудовых потребителей [1]. Параллельная работа дизель-генераторов не предусмотрена из-за сложности режима синхронизации, что связано с наличием высших гармоник тока и напряжения в судовой сети при работе преобразователей частоты. Питание каждого из преобразователей частоты (ПЧ1, ПЧ2) производится от отдельных генераторов. В аварийном режиме возможно питание гребных электродвигателей от одной генераторной секции, но при этом ограничивается скорость вращения колес на уровне 0,7 от номинальной и одновременно снижается темп их разгона [2].

Ходовые испытания судна показали, что фактически потребляемая ГЭУ мощность составляет:

- при скорости 14 км/час - 140 кВт;

- при скорости 11 км/час - 73 кВт;

- при скорости 8 км/час - 39 кВт [3].

Добавив к этим значениям мощность общесудовых потребителей ходового режима (20-30 кВт), получим полные значение нагрузки электростанции в ходовом режиме. С учетом стояночных режимов с пассажирами и без них можно составить таблицу нагрузок, из которой следует, что общая потребляемая мощность будет изменяться от 69 до 170 кВт. Поскольку параллельная работа генераторных агрегатов не предусмот-

рена, то их загрузка будет различной и может изменяться для каждого из них от 30 до 100 кВт [4].

Следует учесть, что при маневрировании потребление мощности гребными электродвигателями происходит неравномерно. Практика показывает, что один двигатель может быть загружен на 150-170% от их номинальной мощности, а другой существенно недогружен. Причем преобразователи частоты и сами электрические двигатели легко переносят эти перегрузки. Однако перегрузка генераторов может быть допустима при ее значении не более 110-115% их номинальной мощности. При перегрузке дизель-генератора может наблюдаться провал напряжения, что приводит к значительному увеличению потребляемого тока и, как следствие, отключению преобразователя частоты под действием токовой защиты. При восстановлении напряжения преобразователь частоты автоматически включается, но перерыв в питании может повлиять на безопасность при маневрировании судна. Устанавливать дизель -генераторы избыточной мощности экономически нецелесообразно, т.к. это связано с завышенным расходом топлива и увеличением массогабаритных показателей.

Данная проблема может быть решена путем соединения преобразователей на стороне постоянного тока и равномерным делением нагрузки между выпрямителями ПЧ. Инверторы преобразователей частоты питаются от одного общего источника постоянного тока, а нагрузка, создаваемая гребными электродвигателями, должна равномерно распределиться между генераторами, что позволяет существенно улучшить динамические показатели ГЭУ. Пропорциональное распределение мощности между выпрямителями возможно только при одинаковой жёсткости их внешних характеристик и при одинаковой амплитуде напряжения на входе. Известно, что жестокость внешней характеристики выпрямителя составляет порядка 2%. Изменения напряжений на входе, соизмеримые с этой величиной, приводят к неравномерному делению потребляемых токов выпрямителей в пределах от 70 до 100%. Кроме того, на распределение активной мощности между генераторами влияют характеристики приводных двигателей, отражающие зависимость частоты вращения двигателя от момента сопротивления на валу. При неодинаковом статизме характеристик двигателей и одинаковой частоте вращения параллельно работающих генераторов, распределение активной мощности между ними не будет пропорционально их номинальным мощностям.

Одним из возможных схемных решений, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между генераторами, является использование на входе выпрямителей реакторов с магнитной связью во встречно включённых обмотках (рис. 1). Возникающая разность токов, потребляемых выпрямителями, наводит в обмотках реакторов ЭДС, которые выравнивают напряжения на входах [ ккк ].

Рис. 1. Схема включения реактора на входе выпрямителей

Недостатком данного способа является невозможность обеспечить абсолютное равенство токов. Снижение величины разности токов достигается путём увеличения индуктивности реакторов. При этом ухудшаются массогабаритные показатели и увеличивается стоимость установки.

Другим вариантом равномерного распределения нагрузки является использование в схеме вольтодобавочных трансформаторов (Т1, Т2) и импульсных регуляторов постоянного тока (ИР1, ИР2) (рис. 2).

Рис. 2. Схема с вольтодобавочными трансформаторами

Величина напряжения на первичной обмотке трансформатора, а значит и напряжение на входе выпрямителя, зависит от работы импульсного регулятора постоянного напряжения. К недостаткам данной схемы можно отнести ограниченный диапазон регулирования напряжения.

Наиболее удобным способом перераспределения активной мощности между дизель - генераторами, является изменение величины подачи топлива в приводном двигателе. Функциональная схема единой судовой электростанции дизель-электрохода с соединёнными на стороне постоянного тока ПЧ представлена на рис. 3.

Датчики тока (ДТ1, ДТ2) измеряют величины тока на входе выпрямителей и с помощью распределителя нагрузки (РН) воздействуют на регуляторы частоты вращения (РВЧ) приводных двигателей генераторов. Таким образом, меняя частоту вращения генераторов, можно добиться равномерного распределения нагрузки и компенсировать рассогласование напряжений на входе выпрямителей. Подобная концепция может быть применена в любых других системах электроприводов. Объединение цепей постоянного тока преобразователей частоты позволяет повысить динамические показатели приводов, использовать энергию рекуперации, равномерно распределить электрическую нагрузку.

Рис. 3. Функциональная схема электростанции

Список литературы:

[1] Хватов О.С, Бурда Е.М., Дарьенков А.Б. Судовая единая электростанция на базе дизель-генератора переменной скорости вращения; Труды 14-го международного промышленного форума «Великие реки-2012», том 2 - Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 2012, с 301 -304.

[2] Бурда Е.М. Частотно--регулируемый электропривод гребной установки пассажирского судна «Сура»: Труды 14-го международного промышленного форума «Великие реки-2012», том 2 -Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 2012, с. 268-271.

[3] Бурда Е.М. Система электродвижения пассажирского судна «Сура-2»: Труды 15-го международного промышленного форума «Великие реки-2013», том 2 - Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 2013, с386-388.

[4] Хватов О.С., Бурда Е.М., Коробко Г.И., Коробко И.Г. Электропривод гребной электрической установки колесного судна. Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу - АЭП-2014, том 2 - Саранск, Изд-во Мордовского университета 2014, с. 226 - 230.

UNIFIED ELECTRIC POWER SYSTEM WITH ELECTRIC PROPULSION SYSTEM ON A WHEEL SHIP TYPE «SURA»

O.S. Khvatov, E.M. Burda, I.A. Tarpanov

Keywords: diesel generator, frequency converter, electric propulsion

The work of united electric power system on wheel ship PKS-40 is considered in the article. The possibility to ensure uniform distribution of the load on the generators and to improve the dynamic characteristics of the propulsion system without parallel operation of diesel generators is shown.