ГРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С МНОГОУРОВНЕВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЧАСТОТЫ
PROPELLING ELECTRICAL MACHINE WITH MULTILEVEL FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств и электроприводу повышенной живучести и надежности с многоуровневыми преобразователями частоты и многообмоточными электродвигателями переменного тока и предназначено для использования на судах (кораблях) с электродвижением, других транспортных средствах с электродвижением, в электроприводе с многоуровневыми преобразователями частоты.
Известны многоуровневые преобразователи частоты [Н.Донской, А.Иванов, В.Матисон, И.Ушаков «Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электроэнергетики». Силовая электроника, 2008, №1].
Известен статический многоуровневый преобразователь частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей [патент № RU (11) 2303851 (13) C1].
Известно электронное устройство для преобразования электрической энергии [патент РФ 2182741].
Недостатком таких многоуровневых преобразователей частоты является низкая надежность и живучесть, связанная с наличием только одного входного трансформатора.
За прототип взята гребная электрическая установка с двухобмоточным гребным электродвигателем, преобразователем частоты и входными многообмоточными трансформаторами, которые совместно с выпрямительными модулями формируют многопульсные системы выпрямления [L.Bergh, Ulrika Hellden «Electrical systems in pod propulsion», Goteborg, Sweden, Department of Energy and Environment, 2007].
Недостатками таких установок является повышенное влияние преобразователя электроэнергии на качество электроэнергии всей системы, высокие пульсации напряжения в звене постоянного тока, снижающие качество электроэнергии, потребляемой гребным электродвигателем.
Изобретение решает задачу улучшения синусоидальности тока, потребляемого системой трансформатор-преобразователь частоты-гребной электродвигатель, что ведет к улучшению синусоидальности напряжения на шинах главного распределительного щита системы, а также снижению пульсаций напряжения в звене постоянного тока преобразователей, повышению надежности и живучести электропривода.
Сущность изобретения заключается в использовании двух многообмоточных трансформаторов с первичными обмотками, соединенными одного трансформатора по схеме «звезда», второго - «треугольник», и последовательном соединении выпрямительных модулей преобразователей частоты, питающих различные обмотки гребного электродвигателя.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что в результате такого соединения формируется система выпрямления с удвоенной пульсностью, что ведет к улучшению формы кривой суммарного тока, потребляемого преобразователем, а также использование двух трансформаторов и разъединителя повышает надежность и живучесть электропривода.
Изобретение поясняется схемой, где на фиг.1 изображена функциональная электрическая схема заявляемой гребной электрической установки.
Установка состоит из электростанции 1, в состав которой входят необходимое количество источников электроэнергии 2, главный распределительный щит 3 с генераторными 4, фидерными 5 и секционным 6 выключателями, многообмоточные трансформаторы 7, выпрямительные модули 8, конденсаторы звена постоянного тока 10, инверторы 11, разъединитель 9. Через фидерные выключатели получают питание первичные обмотки многообмоточных трансформаторов 7 преобразователя частоты, соединенные одна по схеме «звезда», другая - «треугольник». Количество и схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов определяются количеством уровней преобразователей. Схема преобразования состоит из входных выпрямительных модулей 8, разъединителя 9, конденсаторов звена постоянного тока 10, инверторов 11. С выхода инверторов получает питание электродвигатель с двумя обмотками 12. Количество выпрямителей 8 и конденсаторов 10 определяется количеством уровней выходных инверторов, что изображено на фигуре 1 пунктирными линиями.
Гребная электрическая установка работает следующим образом. В основных режимах использования электроэнергетической системы секционный выключатель 6 включен, тем самым суммарный ток источников электроэнергии 2 равен сумме токов, потребляемых трансформаторами 7. Различные схемы соединений первичных обмоток трансформаторов 7 обеспечивают сдвиг напряжений их вторичных обмоток на 30 электрических градусов, что приводит к удвоению пульсности схемы выпрямления, состоящей из соединенных последовательно выпрямительных модулей 8, по сравнению с пульсностью разобщенных преобразователей для каждой из обмоток электродвигателя. Разъединитель 9 предназначен для обеспечения раздельного функционирования преобразователей в зависимости от режимов использования установки или при неисправностях одного из преобразователей или одной из обмоток электродвигателя.
Между крайними внутренними узлами выпрямителей и конденсаторов преобразователей частоты, питающих различные обмотки гребного электродвигателя, установлен разъединитель 9. Разъединитель 9 предназначен для обеспечения раздельного функционирования преобразователей в зависимости от режимов использования установки или при неисправностях одного из преобразователей или одной из обмоток электродвигателя.
Таким образом, пульсность системы выпрямления удваивается, что улучшает форму кривой суммарного тока потребляемого преобразователем, а также повышается надежность и живучесть электропривода.