СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОГРАММИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОЙ НАГРУЗКИ МЕЖДУ РАЗНОТИПНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СУДНА
METHOD FOR AUTOMATIC REGULATION OF VOLTAGE FREQUENCY, PROGRAMMING AND DISTRIBUTION OF ACTIVE LOAD BETWEEN DIFFERENT TYPES OF POWER SOURCES OF VESSEL

Изобретение относится к области электроснабжения автономных объектов с дизельными электростанциями, например, судов транспортного флота, главная и вспомогательные энергетические установки которых содержат турбоэлектрокомпаундные системы наддува.
Известен пассивный способ автоматического регулирования частоты напряжения и распределения активной нагрузки между работающими параллельно генераторными агрегатами с автономными первичными двигателями, снабженными механическими регуляторами угловой скорости, основанный на ручном совмещении их регуляторных скоростных статических характеристик, настроенных на одинаковый статизм, после ввода дополнительного генератора на параллельную работу и последующем автоматическим поддержании равенства нагрузок при любом ее изменении в электрической сети (Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы [Текст]: учеб. - М.: Транспорт, 1988. - С. 152) Достоинством способа является простота его реализации и универсализм, позволяющий работать в параллель генераторным агрегатам с разными типами первичных двигателей.
Его недостатком является нестабильность частоты напряжения в электрической сети, зависящей от настроенного значения статизма регуляторных скоростных характеристик и присутствия в них зоны нечувствительности, а также невозможность автоматического, без участия оператора, как первичного выравнивания нагрузок при вводе в работу дополнительного генератора, так и снятия нагрузки при выводе из параллельной работы одного из генераторов. Помимо этого точность распределения нагрузок зависит от присутствия в регуляторных скоростных характеристиках зон нечувствительности, определяемых степенью износа механических регуляторов угловой скорости, так что с их появлением и увеличением возрастают и неравномерность распределения нагрузок, и отклонение частоты напряжения от заданного значения. На эти показатели влияет также и свойства гидрожидкости - вязкость, присутствие примесей, - используемой в гидроусилителях отмеченных механических регуляторов угловой скорости.
Известен также активный способ автоматического регулирования частоты напряжения и распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами под названием метода ведущего генератора, который основан на использовании на каждом генераторном агрегате, помимо механических регуляторов угловой скорости, дополнительных электрических приставок в составе у каждой датчика активного тока, датчика частоты напряжения и усилителя, состоящий в том, что у одного из генераторов, называемого ведущим, создают в его электрической приставке частотный контур, с помощью которого воздействуют сигналом отклонения заданной частоты через усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости ведущего генератора и поддерживают у его первичного двигателя астатическую скоростную регуляторную характеристику, а датчик активного тока его же электрической приставки подключают напрямую к уравнительным проводам посредством блок-контактов его автоматического генераторного выключателя. У дополнительно подключаемого генераторного агрегата, называемого ведомым, датчик активного тока его электрической приставки также подсоединяют к тем же уравнительным проводам посредством блок-контактов автоматического выключателя ведомого генератора и через входную цепь усилителя своей электрической приставки, выход которого подключают к серводвигателю механического регулятора угловой скорости первичного двигателя ведомого генератора, и образуют таким образом уравнительно-распределительный контур между ведущим и ведомым генераторами. При этом измеряют текущие нагрузки каждого генератора посредством их датчиков активного тока, сравнивают посредством уравнительно-распределительного контура сигналы, пропорциональные этим нагрузкам, и, в случае неравенства активных нагрузок генераторов, сигнал разности посылают на вход усилителя электрической приставки ведомого генератора, а после усиления воздействуют им на серводвигатель механического регулятора угловой скорости его первичного двигателя, изменяя у него подачу топлива и за счет этого выравнивая активные нагрузки обоих генераторов при той частоте, которую поддерживает ведущий генератор своим частотным контуром (Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы [Текст]: учеб. - М.: Транспорт, 1988. - С. 153-157).
Достоинством данного активного метода регулирования частоты напряжения и распределения активных нагрузок является: высокая точность регулирования частоты напряжения в электрической сети и распределения ее нагрузки между генераторами, обусловленная принудительным характером активных программных действий - измерение нагрузок отдельных генераторов, их сравнение, формирование сигналов разности, их усиление, изменение подачи энергоносителя в первичный двигатель; отсутствие в регуляторных характеристиках зон нечувствительности, ухудшающих качество регулирования; автоматическое, без участия оператора, распределение нагрузки во всех режимах генераторных агрегатов, включая и конечные - ввод на параллельную работу и вывод из параллельной работы.
К недостаткам данного активного способа относятся: сложность электрических приставок, обусловленная избыточностью частотных контуров и насыщенностью вспомогательными реле, используемыми для переключения электрических приставок на режимы ведущего и ведомого генераторов; связанная с нею невысокая надежность, значительные размеры, масса, стоимость и трудоемкость обслуживания электрических приставок; раздельное регулирование процессами стабилизации частоты напряжения и распределением нагрузки между ведущим и ведомыми генераторами, снижающее их быстродействие при набросе и сбросе нагрузки и допускающее возможность кратковременных перегрузок ведущего генераторного агрегата и формирование сигналов их защиты от перегрузки.
Известен также активный способ автоматического связанного регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами, который также основан на использовании у генераторных агрегатов дополнительных электрических приставок, но лишенных датчиков частоты напряжения, вместо которых применяют один общий датчик частоты напряжения электрической сети, образующий с компаратором заданной частоты напряжения блок параллельной работы, содержащий, кроме того, субблок формирования сигнала задающей мощности для каждого из параллельно работающих генераторных агрегатов, и интегратор его сигнала с сигналом компаратора заданной частоты напряжения, и состоящий в том, что измеряют датчиками активного тока электрических приставок нагрузки параллельно работающих генераторов, направляют их через блок-контакты автоматических выключателей генераторов на входы субблока формирования сигнала задающей мощности блока параллельной работы, и суммируют их посредством данного субблока, в котором затем суммарную нагрузку делят на количество работающих генераторов и данный средний результат принимают за сигнал задающей нагрузки каждого отдельного генератора, суммируют этот сигнал посредством интегратора с сигналом компаратора заданной частоты напряжения и посылают этот результирующий сигнал на входы компараторов сигналов нагрузок, входящих в состав электрических приставок генераторных агрегатов, сравнивают посредством данных компараторов сигнал задающей мощности для данного генератора, сформированный блоком параллельной работы, с сигналом его текущей, действительной нагрузки, измеренный датчиком активного тока, формируют данными компараторами сигналов нагрузок сигналы разности и усиливают их посредством усилителей электрических приставок, а усиленные сигналы с выходов электрических приставок параллельно работающих генераторных агрегатов направляют на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива их первичных двигателей (Штатная документация танкеров типа т/х «Вентспилс» и других серий судов финской постройки).
Достоинства у данного активного способа автоматического связанного регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки те же, что и у предыдущего аналога при отсутствии указанных для него недостатков. Недостатком же данного активного способа является то, что его блок параллельной работы приспособлен к управлению генераторными агрегатами только с автономными и однотипными первичными двигателями.
Наиболее близким и известным к заявляемому является активный способ автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки электрической сети при параллельной работе автономного дизель-генератора (ДГ), оборудованного турбокомпрессором чистого наддува, и утилизационного паротурбогенератора (Радченко П.М. Тренажерная подготовка по системам автоматического управления судовыми электроэнергетическими установками [Текст]: конс. лек. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2010. - С. 115), основанный на использовании у каждого источника электроэнергии механического регулятора угловой скорости и дополнительной электрической приставки, аналогичной второму аналогу для утилизационного паротурбогенератора и третьему аналогу для автономного дизель-генератора, блока параллельной работы, содержащего сумматор нагрузок сигналов параллельно работающих генераторов и дифференциальный субблок, и состоящий в том, что в электрической приставке утилизационного паротубогенератора создают частотный контур, содержащий датчик действительной частоты напряжения утилизационного паротурбогенератора и компаратор сигналов действительной и заданной частот напряжения, с помощью которого воздействуют через усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости первичного двигателя утилизационного паротурбогенератора (УПТГ) -паровой турбины, и поддерживают у данного УПТГ астатическую регуляторную скоростную характеристику, а датчик активного тока его электрической приставки подключают через блок-контакт автоматического выключателя данного генератора параллельно к первому входу сумматора нагрузок параллельно работающих генераторов блока параллельной работы и первому входу его дифференциального субблока, второй вход которого соединен с выходом указанного сумматора сигналов нагрузок; а в электрической приставке автономного дизель-генератора датчик активного тока подключают через блок-контакт его автоматического выключателя к параллельно соединенным сумматору сигналов параллельно работающих генераторов блока параллельной работы, а также двум компараторам его электрической приставки: компаратору сигналов задающей и действительной нагрузок данного автономного дизель-генератора и компаратору сигнала низкой нагрузки (30% номинальной), при этом выход первого компаратора через первый усилитель данной электрической приставки подключают к серводвигателю механического регулятора угловой скорости первичного двигателя данного автономного ДГ, а выход компаратора сигнала его низкой нагрузки, подключают через второй усилитель к реле низкой нагрузки. Измеряют посредством датчиков активного тока электрических приставок текущие нагрузки обоих источников электроэнергии, посылают сигналы этих датчиков на сумматор сигналов нагрузки параллельно работающих генераторов блока параллельной работы. Одновременно сигнал нагрузки УПТГ посылают на первый вход дифференциального субблока блока параллельной работы, а сигнал нагрузки автономного ДГ - на компаратор сигналов действительной и задающей нагрузки и компаратор сигнала низкой нагрузки его электрической приставки. Суммируют измеренные сигналы нагрузок УПТГ и автономного ДГ посредством сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, вычитают из полученной суммы посредством дифференциального субблока блока параллельной работы сигнал нагрузки, посланный датчиком активного тока УПТГ. Формируют на выходе дифференциального субблока сигнал задающей мощности для дизель-генератора. Посылают его в электрическую приставку автономного ДГ на первый вход ее компаратора сигналов задающей и действительной нагрузок, сигналом разности данного компаратора воздействуют через первый усилитель на серводвигатель механического регулятора угловой скорости первичного двигателя автономного ДГ, регулируют им подачу топлива и развиваемую нагрузку при той частоте, которую поддерживают частотным контуром УПТГ, работающего по астатической регуляторной скоростной характеристике. При этом сравнивают посредством компаратора сигналов низкой нагрузки электрической приставки автономного ДГ его текущую нагрузку с установленным программой предельным низким значением, равным 30% номинальной, и, в случае снижения текущей нагрузки ДГ до установленного значения, блокируют сигналом данного компаратора низкой нагрузки выходной канал «Уменьшить подачу топлива» у первого усилителя его электрической приставки.
Данный активный способ-прототип позволяет с высокой точностью автоматически регулировать частоту напряжения и принудительно распределять нагрузку электрической сети между автономным ДГ и УПТГ, утилизирующим энергию теплоты отработавших газов главной энергетической установки, по критерию максимальной экономической эффективности, постоянно загружая УПТГ потенциально располагаемой им мощностью и переводя оставшуюся часть нагрузки электрической сети на поддерживающий автономный ДГ, не допуская при этом его загрузку ниже 30% номинальной, когда в его камерах сгорания происходит неполное сгорание топлива - дымление - и образуются отложения сажи на всем выхлопном тракте двигателя и токсичные газы.
Однако область применения данного способа ограничена параллельной работой автономного дизель-генератора, оборудованного традиционным турбокомпрессором чистого наддува, и утилизационным паротурбогенератором, получающим пар от утилизационного котла и снабженным собственным регулятором подачи энергоносителя - пара. На параллельную работу автономного дизель-генератора или нескольких автономных ДГ, с валогенератором, а также с утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем судовых дизелей - главного и вспомогательных, не оборудованных собственными регуляторами развиваемой мощности, - этот активный способ стабилизации частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки не распространяется. В этом его существенный недостаток. Кроме того, необходимость применения в способе-прототипе операций по блокированию режимов низких нагрузок автономного дизель-генератора, с одной стороны, приводит к недоиспользованию утилизационного паротурбогенератора по развиваемой им текущей потенциально располагаемой мощности, а с другой стороны, усложняет схему электрической приставки автономного ДГ, понижает надежность и удорожает ее, увеличивает размеры и массу. В способе-прототипе отсутствует контроль у работающих агрегатов максимально допустимых для них нагрузок. Не решает способ-прототип, как и аналоги, главную проблему текущего этапа эксплуатации энергетических установок судов - достижение наиболее полной и комплексной экономико-экологической эффективности всей энергетической установки судна - главной и вспомогательных - в целом.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных недостатков способа-прототипа, а именно: 1) расширение области применения способа регулирования частоты напряжения и принудительного распределения активной нагрузки на параллельную работу разнотипных источников электроэнергии - валогенераторов, нескольких автономных дизель-генераторов, утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного и вспомогательных дизелей судна и других источников электроэнергии, основанных на использовании вторичных ресурсов разной природы; 2) снятие ограничения на продолжительную работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной без ухудшения экономико-экологических показателей его работы с целью более полного использования текущих располагаемых мощностей утилизационных источников электроэнергии при их параллельной работе, направленное на дополнительное повышение КПД двигателей; 3) упрощение схемы электрических приставок автономных дизель-генераторов с целью повышения их надежности, снижения размеров, массы и стоимости; 4) программирование максимально допустимых нагрузок работающих генераторных агрегатов; 5) введение в управление параллельной работой разнотипных источников электроэнергии критерия наиболее полной экономико-экологической эффективности энергетической установки судна в целом.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки электрической сети при параллельной работе автономного дизель-генератора и утилизационного паротурбогенератора, основанном на использовании на первичных двигателях обоих генераторов механических регуляторов подачи энергоносителя, содержащих на входе серводвигатели, а на генераторах - электрических приставок, содержащих каждая датчик активного тока, компаратор сигналов нагрузок и усилитель сигналов, а электрическая приставка утилизационного паротурбогенератора дополнительно еще и датчик действительной частоты напряжения и компаратор частотных сигналов, при этом выходы усилителя электрической приставки каждого генератора соединены с клеммами серводвигателя соответствующего механического регулятора подачи энергоносителя, а также и блока параллельной работы в составе сумматора сигналов нагрузок параллельно работающих генераторов, соединенного своими входами с выходами датчиков активного тока автономного дизель-генератора и утилизационного паротубогенератора через блок-контакты их автоматических выключателей, и дифференциального субблока, связанного входами с выходами указанного сумматора сигналов нагрузок и датчика активного тока утилизационного паротурбогенератора через блок-контакт его автоматического выключателя, а выходом - с задающим входом компаратора сигналов нагрузок электрической приставки автономного дизель-генератора, и состоящий в том, что при параллельной работе автономного дизель-генератора и утилизационного паротурбогенератора измеряют в электрической приставке утилизационного паротурбогенератора посредством датчика частоты действительную частоту напряжения на клеммах его синхронного генератора, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты сигналы действительной частоты напряжения с задающей частотой, устанавливаемой заранее оператором, сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя и посылают его на серводвигатель механического регулятора подачи пара паровой турбины, чем поддерживают в утилизационном паротурбогенераторе астатическую частотную регуляторную характеристику. Измеряют посредством датчиков активного тока электрических приставок обоих генераторных агрегатов их текущие нагрузки, и измеренные сигналы посылают через блок-контакты генераторных автоматических выключателей на входы сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также у автономного дизель-генератора - на первый вход компаратора сигналов нагрузок его электрической приставки, а у паротурбогенератора - на первый вход дифференциального субблока блока параллельной работы. Суммируют посредством сумматора сигналов измеренные сигналы нагрузок и определяют общую нагрузку электрической сети. Его результирующий сигнал посылают на второй вход дифференциального субблока и вычитают из данного сигнала сигнал текущей нагрузки утилизационного паротурбоегнератора. Посылают сигнал разности дифференциального субблока на второй вход компаратора сигналов нагрузок автономного дизель-генератора как сигнал задающей для него нагрузки и сравнивают посредством данного компаратора сигнал заданной нагрузки автономного дизель-генератора с сигналом его действительной (текущей) нагрузки. В случае их несовпадения, формируют данным компаратором сигнал разности, усиливают его посредством усилителя и воздействуют им на серводвигатель регулятора подачи топлива автономного дизель-генератора, чем корректируют его текущую нагрузку адекватно изменению потенциально располагаемой мощности утилизационного паротубогенератора и нагрузки электрической сети, отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждая бустерную электрическую машину, соосно соединенную с валом известного турбокомпрессора наддува и подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, дополнительный сумматор сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и данных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, а результирующий сигнал посылают на вход основного сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала основного сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих дизель-генераторов. Полученный сигнал средней нагрузки отдельного дизель-генератора посредством интегратора сигналов суммируют с выходным сигналом частотного канала блока параллельной работы и, получив сигнал задающей нагрузки отдельного дизель-генератора, посылают его на параллельно включенные задающие входы компараторов сигналов нагрузок электрических приставок всех автономных дизель-генераторов, работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности данных компараторов в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора с равными коэффициентами полезного действия, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы дополнительного сумматора сигналов блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах.
Экономически выгодно на судах, оборудованных винтом регулируемого шага и характеризующихся продолжительными ходовыми режимами (первый частный случай), обеспечивать их электроснабжение в данных режимах от автономно действующего валогенератора, оборудованного такой же электрической приставкой, что и автономные дизель-генераторы, и вращаемого с постоянной частотой во всех нагрузочных режимах главного двигателя и при любой скорости хода судна, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя, подключенных к электросети через автоматические выключатели, а у газотурбогенератора, работающего при нагрузках главного двигателя выше 30% номинальной в генераторном режиме, еще и через обратимый полупроводниковый преобразователь. Автоматическое регулирование частоты напряжения и принудительное распределение активной нагрузки электрической сети между генерирующими агрегатами данного состава производят посредством блока параллельной работы и электрической приставки валогенератора так, что измеряют текущие нагрузки валогенератора посредством датчика активного тока его электрической приставки и бустерной электрической машины турбокомпаундной системы главного двигателя посредством ее реверсивного датчика мощности и посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей в блок параллельной работы на входы основного сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети: напрямую - от датчика активного тока электрической приставки валогенератора, и через блокирующий диод и дополнительный сумматор сигналов - от реверсивного датчика мощности бустерной электрической машины турбокомпаундной системы главного двигателя. Сигнал общей нагрузки электрической сети с выхода основного сумматора сигналов направляют на вход дифференциального субблока, посредством которого из этого сигнала вычитают сигнал текущей нагрузки бустерной электрической машины, приходящий через дополнительный сумматор сигналов на второй вход дифференциального субблока. Затем полученный сигнал разности на его выходе суммируют в интеграторе сигналов с сигналом отклонения частоты напряжения электрической сети, формируемым компаратором сигналов частоты напряжения, и результирующий сигнал с выхода данного интегратора направляют через переключающий контакт промежуточного реле блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора как сигнал задающей для него мощности. Здесь его сравнивают с сигналом действительной нагрузки валогенератора, приходящим с выхода датчика активной мощности той же электрической приставки валоегенратора. Выходным сигналом разности данного компаратора после его усиления воздействуют на серводвигатель механического регулятора подачи топлива главного двигателя, чем приводят развиваемую валогенератором мощность в соответствие с заданным блоком параллельной работы ее значением. Возрастающую на валогенераторе нагрузку контролируют компаратором сигнала максимальной нагрузки его электрической приставки, нагрузочный вход которой соединен с аналогичным входом компаратора сигналов нагрузок той же электрической приставки, а на задающем входе установлен программно сигнал максимально допустимой нагрузки валогенератора, равный 90% его номинального значения. При совпадении этих сигналов с выхода данного компаратора снимают предупредительный сигнал, который направляют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле, и через его замыкающий контакт посылают на подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) резервным автономным дизель-генератором сигнал его запуска. После ввода данного автономного дизель-генератора в действие в блок параллельной работы посылают через блок-контакт его автоматического выключателя и логический элемент типа «ИЛИ» исполнительный сигнал на промежуточное реле, переключающим контактом которого выход интегратора сигналов данного блока параллельной работы переключают на задающий вход электрической приставки введенного в действие автономного дизель-генератора, а на задающем входе компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора устанавливают нулевой сигнал. На выходе данного компаратора формируют сигнал уменьшения подачи топлива главного двигателя, который посылают на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива, и приступают тут же к контролю снижающейся мощности валогенератора, измеряемой датчиком активного тока его электрической приставки, посредством компаратора сигнала нулевой нагрузки той же электрической приставки. Когда снижающаяся нагрузка валогенератора станет равной нулю, с выхода компаратора нулевой нагрузки посылают через усилитель сигнал вывода валогенератора из работы, который направляют в подсистему ДАУ данным валогенератором. Выходными сигналами данной подсистемы ДАУ выключают автоматический выключатель валогенератора и посылают в его автоматический регулятор напряжения сигнал гашения магнитного поля валогенератора.
Также экономически выгодно такое выполнение способа, при котором в ходовом режиме судна, оборудованного винтом фиксированного шага (второй частный случай), его электроснабжение производят от валогенератора, стабилизированного по частоте вращения посредством известного механического вариатора, состоящего из планетарной зубчатой передачи, соединенной с промежуточным мультипликаторным валом главного редуктора движительной установки, и дифференциального механизма в составе бустерной электрической машины, соединенной кинематически с регулирующим валом планетарной зубчатой передачи, а электрически - через обратимый полупроводниковый преобразователь и автоматический выключатель к сборным шинам главного распределительного щита (ГРЩ) и снабженной реверсивным датчиком мощности, соединенным через замыкающий блок-контакт автоматического выключателя данной бустерной машины с компаратором сигнала максимальной нагрузи данной бустерной электрической машины в электрической приставке валогенератора, и через блокирующий диод - с дополнительным сумматором сигналов нагрузок утилизационных генераторов блока параллельной аботы, при том, что датчик активного тока электрической приставки самого валогенератора соединен через замыкающий блок-контакт своего автоматического выключателя параллельно с входом основного сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также и с входами компараторов сигналов максимальной и нулевой нагрузок валогенератора в его электрической приставке. В режимах полного хода судна электрическую сеть электроснабжают от стабилизированного валогенератора, работающего в автономном режиме, при поддержке бустерных электрических машин турбокомпаундной системы главного двигателя и дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, а в режиме среднего хода - работающего в параллель с резервным автономным дизель-генератором при поддержке тех же бустерных электрических машин с присоединением к ним бустерной электрической машины турбокомпаундной системы резервного автономного дизель-генератора. При полном ходе судна, когда валогенератор работает автономно, измеряют текущие нагрузки валогенератора, утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя и бустерной электромашины дифференциального механизма, работающих в генераторном режиме, посредством их датчиков активного тока и мощности, посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей на входы основного сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети блока параллельной работы и дополнительного сумматора сигналов нагрузок работающих утилизационного газотурбогенератора тубокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Суммируют в основном и дополнительном сумматорах сигналов полученные сигналы текущих нагрузок генерирующих машин. Вычитают посредством первого дифференциального субблока из результирующего сигнала основного сумматора сигналов нагрузки электрической сети результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов и формируют на его выходе сигнал той части нагрузки электрической сети, которая приходится на валогенератор. Одновременно измеряют текущую частоту напряжения электрической сети посредством датчика действительной частоты напряжения блока параллельной работы, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты напряжения его действительное значение с программно заданным. Сигнал разности данного компаратора посылают на интегратор сигналов нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы, а выходной сигнал данного интегратора, как сигнал задающей мощности валогенератора, посылают через переключающие контакты промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы и предупредительного реле электрической приставки валогенератора на компаратор сигналов нагрузок в электрической приставке валогенератора и сравнивают его с сигналом действительной нагрузки валогенератора. Сигнал разности на выходе данного компаратора посылают через усилитель на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, регулируют ток и электромагнитный момент бустерной электрической машины, корректируют за счет этого частоту вращения выходного вала планетарной зубчатой передачи и вала валогенератора, стабилизируя тем самым частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки. При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя. Его размыкающим контактом посылают исполнительный сигнал в субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока параллельной работы, а замыкающим блок-контактом автоматического выключателя воздействуют через элемент типа «ИЛИ» блока параллельной работы на его промежуточное исполнительное реле. Переключающими контактами данного реле переключают выходы интегратора сигналов блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а размыкающими контактом того же промежуточного исполнительного реле дешунтируют второй дифференциальный субблок блока параллельной работы и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора. Затем интегрируют в дополнительном сумматоре сигналов блока параллельной работы сигналы мощностей утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем главного двигателя и резервного автономного дизель-генератора, а также бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора, а в основном сумматоре того же блока - сигналы общей нагрузки электрической сети. Вычитают посредством первого дифференциального субблока блока параллельной работы из результирующего сигнала основного сумматора сигналов итоговый сигнал дополнительного сумматора сигналов, определяя общую нагрузку вало- и дизель-генераторов, а затем, посредством второго дифференциального субблока, вычитают из сигнала первого дифференциального субблока сигнал нагрузки валогенератора, получая на выходе второго дифференциального субблока сигнал задающей мощности введенного в действие резервного автономного дизель-генератора. Этот сигнал направляют через субблок сигнала средней нагрузки и интегратор на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, посредством которого сравнивают сигнал заданной мощности с сигналом его действительной нагрузки. Выходной сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя электрической приставки резервного автономного дизель-генератора и воздействуют им на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива для принятия им нагрузки электрической сети сверх предельно допустимой мощности для валогенератора, равной 90% номинальной. В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в его камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного автономного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления. При ходе судна со скоростью ниже экономической, но в пределах допустимого рабочего диапазона, для сохранения номинальных значений частоты вращения и частоты напряжения стабилизированного валогенератора, бустерную электрическую машину дифференциального механизма его механического вариатора переводят известным способом по сигналу, формируемому компаратором сигналов частоты напряжения блока параллельной работы, в двигательный режим посредством ее обратимого полупроводникового преобразователя и его подсистемы управления. При этом сигнал нагрузки, формируемый реверсивным датчиком мощности бустерной электрической машины и посылаемый на соответствующий вход дополнительного сумматора сигналов блока параллельной работы, блокируют посредством блокирующего диода; а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарной зубчатой передачи и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения.
Экономически выгодно и эксплуатационно оправдано (третий частный случай) такое выполнение способа автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки в электросистеме, содержащей валогенератор с электромагнитным возбуждением, вращаемый гребным валом с переменной угловой скоростью и подключенный электрически к сборным шинам ГРЩ посредством автоматического выключателя и статического преобразователя частоты напряжения со звеном постоянного тока в составе полупроводниковых электромашинного выпрямителя и сетевого IGBT-транзисторного инвертора с подсистемой управления этим инвертором и снабженного электрической приставкой и независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем с его подсистемой управления, при ходе судна полным ходом его электроснабжение производят от стабилизированного по частоте напряжения валогенератора, работающего в автономном режиме, совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя, при этом выходной сигнал компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора, направляют через усилитель на подсистему управления независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем валогенератора, изменяют угол управления у его полупроводниковых приборов, регулируя за счет этого напряжение и ток возбуждения валогенератора, электродвижущую силу (ЭДС) его якорной обмотки, ток нагрузки и развиваемую мощность; а задающий сигнал компаратора сигналов частоты напряжения блока параллельной работы, направляют через переключающий контакт промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы на подсистему управления сетевым полупроводниковым инвертором статического преобразователя частоты напряжения валогенератора, который используют в данном транзисторного случае в режиме автономного инвертора, поддерживая при этом неизменной частоту переключений его фазных полупроводниковых приборов, а следовательно, и частоту напряжения электрической сети. Одновременно измеряют текущую нагрузку валогенератора датчиком активного тока его электрической приставки, и ее сигнал сравнивают посредством компаратора сигнала максимальной нагрузки с сигналом установленного программой его верхнего предельного значения, равного 90% его номинальной мощности, и когда данные сигналы становятся равными, данным компаратором формируют сигнал включения промежуточного предупредительного реле в электрической приставке валогенератора, переключающим контактом которого фиксируют его нагрузку на уровне установленного программой верхнего предельного значения, для чего соединяют параллельно задающие входы компаратора сигналов нагрузок и компаратора сигнала максимальной нагрузки, и одновременно замыкающим контактом предупредительного промежуточного реле формируют команду на запуск резервного автономного дизель-генератора, которую посылают на его подсистему ДАУ. Запускают одновременно посредством данной подсистемы ДАУ по известным программам резервный автономный дизель-генератор, а также и бустерную электрическую машину его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха, вводимую в работу в двигательном режиме посредством ее автоматического выключателя и обратимого полупроводникового преобразователя, и включают затем известным способом автоматический выключатель резервного автономного дизель-генератора, блок-контактом которого в блоке параллельной работы дополнительно включают промежуточное исполнительное реле, размыкающими контактами которого дешунтируют второй дифференциальный субблок и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, одновременно переключающими контактами данного исполнительного реле пересоединяют выход частотного канала блока параллельной работы на вход интегратора сигналов, а выход данного интегратора сигналов пересоединяют на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а вход подсистемы управления инвертором статического преобразователя частоты напряжения подключают через синхронизирующий трансформатор к выходным клеммам фильтра высших гармоник тока для работы в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно измеряют и текущую частоту вращения гребного вала и встроенного в него ротора валогенератора посредством датчика частоты вращения, сравнивают его сигнал в электрической приставке валогенератра посредством двух компараторов сигналов - средней частоты вращения и наименьшей частоты вращения - с установленными программой средним и минимально допустимым значениями частоты вращения ротора валогенератора; в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения с установленным программой ее средним значением, его компаратором формируют предупредительный сигнал, которым включают посредством элемента типа «ИЛИ» промежуточное предупредительное реле электрической приставки валогенератора, замыкающим контактом которого посылают команду на подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на его запуск одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора; по данной команде производят запуск по известной программе и подключение данного автономного дизель-генератора на параллельную работу с валогенератором как рассмотрено выше для случая его предельной нагрузки; а в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения ротора валогенератора с сигналом установленного программой минимально допустимого ее значения, компаратором данного сигнала включают посредством другого элемента типа «ИЛИ» оба промежуточных реле электрической приставки: предупредительное и аварийно-предупредительное; посредством промежуточного предупредительного реле также посылают команду на запуск резервного автономного дизель-генератора одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора, исполняемую таким же образом, что и в случае формирования предупредительных сигналов, описанных выше. Одновременно с этим сразу после включения обоих промежуточных реле на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора посылают нулевой сигнал, и с выхода данного компаратора направляют команду в подсистему управления независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем «Снятие нагрузки с валогенератора» и перевод ее на введенный в действие автономный дизель-генератор; этим сигналом, воздействуя на угол управления полупроводниковыми приборами выпрямителя-возбудителя, снижают напряжение, ток возбуждения, ЭДС якорной обмотки, ток и мощность валогенератора; снижение мощности валогенератора контролируют компаратором нулевой нагрузки его электрической приставки, которым при снижении его нагрузки до нуля формируют команду вывода валогенератора из работы, которую посылают на вход подсистемы ДАУ данным валогенератором; с ее выхода снимают сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и его независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя, а также сигнал «Запрет работы», посылаемый на блокирующий вход подсистемы управления данным выпрямителем-возбудителем; аналогичный аварийно-предупредительный сигнал формируют с упреждением посредством данных промежуточных реле электрической приставки валогенератора также и в том случае, когда от машинного телеграфа приходит команда на установление хода судна с минимально допустимой для стабилизированного валогенератора частотой вращения гребного вала, равной 40% номинальной.
Эксплуатационно оправдано и технически целесообразно (в четвертом частном случае) использовать на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, стабилизированный по частоте напряжения валогенератор, который возбуждают от постоянных магнитов, поэтому обмотку возбуждения и питающий ее полупроводниковый выпрямитель-возбудитель упраздняют, а в составе статического преобразователя частоты напряжения, включенного в цепь его якорной обмотки, электромашинный выпрямитель выполняют на управляемых полупроводниковых приборах, снабженных отдельной подсистемой управления; при этом в ходовом режиме судна в период работы стабилизированного валогенератора в автономном режиме совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя сигнал задающей мощности с выхода интегратора сигналов блока параллельной работы и сигнал с выхода автоматического регулятора напряжения, подключенный своим входом к выходу фильтра-реактора, направляют на подсистему управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем статического преобразователя частоты напряжения, а при выводе стабилизированного валогенератора из работы по аварийно-предупредительному сигналу, команды «Снятие нагрузки с валогенератора» с выхода компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора и «Запрет работы» с выхода подсистемы ДАУ валогенератором посылают на подсистему управления тем же управляемым полупроводниковым электромашинным выпрямителем статического преобразователя частоты напряжения. При этом сигналом последней команды «Запрет работы» снимают питание с электромашинного полупроводникового преобразователя статического полупроводникового преобразователя частоты напряжения валогенератора посредством разъединителя, установленного в цепи его якорной обмотки.
А в пятом частном случае при установке на судах, оборудованных винтом фиксированного шага и обладающих высокой энерговооруженностью, стабилизированного синхронного валогенератора мегаваттного мощностного ряда с электромагнитным возбуждением от независимого управляемого выпрямителя-возбудителя, когда его статический полупроводниковый преобразователь частоты напряжения, работающий в комплекте с синхронным компенсатором и его автоматическим регулятором напряжения, подключенных к его выходу, выполняют на тиристорах, а его сетевой полупроводниковый преобразователь используют во всех режимах работы стабилизированного валогенератора - как одиночном, так и в параллель с автономным дизель-генератором - в режиме инвертора, ведомого сетью, тогда реализуют такой способ автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения нагрузки между параллельно работающими разнотипными генераторами, при котором в период автономной работы стабилизированного валогенератора совместно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора направляют объединенный сигнал нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы с выхода его интегратора сигналов, а выходной сигнал самого данного компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора направляют через усилитель сигнала на вход подсистемы управления независимым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем валогенератора, при этом на синхронизирующий вход подсистемы управления сетевым полупроводниковым тиристорным инвертором, ведомым сетью, статического преобразователя частоты напряжения синхронизирующие сигналы посылают с клемм фильтра-реактора через синхронизирующий трансформатор напряжения с частотой ЭДС, наводимой в якорной обмотке синхронного компенсатора, напряжение которого регулируют посредством его автоматического регулятора напряжения; а при выводе стабилизированного валогенератора из работы по аварийно-предупредительному сигналу, команды «Снятие нагрузки» с выхода компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора и «Запрет работы» с выхода подсистемы ДАУ валогенратором посылают на входы подсистемы управления тем же независимым управляемым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем и автоматических выключателей валогенератора и его управляемого полупроводникового выпрямителя-возбудителя.
Таким образом достигается поставленная техническая задача.
Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих результатов:
1) расширяют области применения способа-прототипа на случаи параллельной работы:
- нескольких автономных дизель-генераторов с несколькими утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем данных дизель-генераторов и главного двигателя, лишенными автономных регуляторов развиваемой мощности;
- валогенератора с утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем главного двигателя и утилизационными генераторами иной природы, которые лишены автономных регуляторов развиваемой мощности;
- валогенератора, автономного дизель-генератора и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем данного дизель-генератора и главного двигателя, а также утилизационных генераторов иной природы, которые лишены автономных регуляторов развиваемой мощности;
2) снимают ограничения на работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной при параллельной работе с утилизационными генераторами с целью полного использования у последних их текущих располагаемых мощностей;
3) упрощают схему электрических приставок автономных дизель-генераторов, повышая их надежность при снижении размеров, массы и стоимости;
4) выполняют программирование максимально допустимых нагрузок и предельных режимов работающих генераторных агрегатов.
5) реализуют распределение активной нагрузки электрической сети, подверженной частым изменениям по случайному закону в условиях переменных ходовых режимов судна и нестационарных режимов работы его главной и вспомогательных энергетических установок, по критерию достижения их наибольшей комплексной экономической и экологической эффективности.
1. Использование на современных судах утилизационных паротурбогенераторов в комплекте с утилизационными котлами глубокой утилизации энергии теплоты отработавших газов главного двигателя стало редкостью, в то время как в состав движительных установок судов все чаще начали включать валогенераторы, а главные двигатели и автономные дизель-генераторы оборудовать менее сложными, и в то же время более эффективными утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем, в том числе и турбокомпаундных систем наддувочного воздуха. Судовые электростанции помимо традиционных генераторных агрегатов пополнились и пополняются источниками, основанными на использовании энергии вторичных ресурсов главной и вспомогательных энергетических установок. Естественно, возникает потребность в использовании таких способов регулирования электроснабжением судов, которые бы отличались полнотой использования вторичных источников электроэнергии при параллельной работе с традиционными генераторными агрегатами, прежде всего автономными дизель-генераторами и валогенераторами.
Ниже приведенный фрагмент заявленного технического решения распространяет применение способа-прототипа автоматического регулирования частоты напряжения и принудительного распределения активной нагрузки электрической сети судна на параллельную работу нескольких автономных дизель-генераторов с несколькими утилизационными газотурбогенераторами их собственных турбокомпаундных систем наддувочного воздуха и аналогичной системы главного двигателя: «…отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую машину на валу турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, второй сумматор сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и указанных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование полученных сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, и посылают результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работасигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование полученных сигналов нагрузок утилизационных газотурбогенераторов, и посылают результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…».
Из приведенного фрагмента заявляемого технического решения следует, что оно решает проблему наиболее эффективного и экологически более совершенного использования параллельной работы нескольких автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов их турбокомпаундных систем наддува и аналогичной системы главного двигателя.
В частных случаях заявленного технического решения расширены границы применения способа автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузок на параллельную работу валогенераторов различного исполнения, автономного дизель-генератора и утилизационных генераторов, использующих энергию вторичных ресурсов разной природы:
- в первом частном случае - это параллельная работа автономного валогенератора с электромагнитным возбуждением, установленного на судах, оборудованных винтом регулируемого шага, с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя;
- во втором частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте вращения валогенератора с электромагнитным возбуждением и механическим вариатором, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генратора, а также и бустерной электрической машиной дифференциального механизма механического вариатора валогенератора;
- в третьем частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора с электромагнитным возбуждением и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения (СПЧН), установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;
- в четвертом частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора с постоянными магнитами и транзисторным СПЧН, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;
- в пятом частном случае - это параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора мегаваттного класса с электромагнитным возбуждением, тиристорным СПЧН и синхронным компенсатором, установленного на судах, оборудованных винтом фиксированного шага, с резервным автономным дизель-генератором, утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и резервного дизель-генератора;
Следовательно, из анализа частных случаев использования заявленного способа следует, что области его применения расширены практически на любой состав источников электроэнергии судовых электростанций, т.е. является универсальным при управлении электроснабжением судна по критерию наибольшей эффективности и экологической совместимости их использования в режимах параллельной работы.
2. Далее, из приведенных ниже фрагментов заявленного технического решения: а) из текста к основной части «…отличающийся тем, что вместо утилизационного паротурбогенератора в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую машину на валу турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными датчиками мощности…»;
б) из текста к основной части «…Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…»;
в) из текста к второму частному случаю: «…переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки сигнал предельной мощности, равный 90% его номинальной мощности, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ). Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя…»;
г) из текста к второму частному случаю «…В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления…»;
- следует, что замена обычного турбокомпрессора чистого наддува автономного дизель-генератора и главного двигателя на турбокомпаундную систему наддувочного воздуха, состоящую из утилизационной газовой турбины, бустерной электрической машины и турбокомпрессора, сообщает двигателям-дизелям, на которых ее устанавливают, уникальные свойства: 1) в пусковых режимах, благодаря упреждающему вводу турбокомпрессора наддува в действие за счет двигательного режима бустерной электрической машины, гарантируют запуск первичного двигателя с первой попытки, что крайне важно для резервных дизель-генераторов с позиций сохранения ими бесперебойности электроснабжения судна в нештатных ситуациях; 2) в период работы автономного двигателя-дизеля с частичными нагрузками менее 30% номинальной, когда из-за невысокого энергетического потенциала отработавших газов утилизационная газовая турбина неспособна самостоятельно обеспечить оптимальную производительность турбокомпрессора наддува для подачи воздуха в камеры сгорания, достаточного для полного сгорания топлива, недостающий вращающий момент на валу турбокомпрессора создают бустерной электрической машиной, продолжающей после запуска дизеля работать в двигательном режиме, вследствие чего на всех частичных режимах двигателя-дизеля от холостого хода до 30%-ной нагрузки топливо в его цилиндрах сгорает полностью без дымления и без образования токсичных выхлопных газов, а следовательно, ограничивать продолжительность его работы с частичными нагрузками нет никакой необходимости, что делает возможным загружать утилизационные генераторы, работающие на отработавших газах главного и вспомогательного двигателей, в каждый текущий момент времени располагаемой ими мощностью, соответствующей текущему энергетическому потенциалу этих отработавших газов, независимо от степени загрузки работающего в параллель с ними автономного дизель-генератора; 3) благодаря полноте сгорания топлива на всех нагрузочных режимах дизеля, оборудованного турбокомпаундной системой наддувочного воздуха, без образования отложений сажи на протяжении всего выхлопного тракта, уменьшается количество моточисток самого дизеля и его газовой турбины, а поэтому снижается трудоемкость их обслуживания; 4) при возрастании нагрузки двигателя-дизеля до 30% номинальной и выше утилизационная газовая турбина, вращая самостоятельно турбокомпрессор наддува с оптимальной производительностью, развивает избыточный вращающий момент, поэтому бустерную электрическую машину переводят в генераторный режим, преобразуя энергетический потенциал избыточных отработавших газов в электрическую энергию, что повышает КПД двигателя; 5) по причине уменьшения отложений сажи в камерах сгорания дизеля и в его выхлопном тракте, уменьшается вероятность ее возгорания, а следовательно, снижается пожароопасность в машинном отделении судна.
Следовательно, используя для подачи наддувочного воздуха автономного дизель-генератора турбокомпаундную систему наддува, ограничение на работу автономных дизель-генераторов с частичными нагрузками менее 30% номинальной снимаются, что позволяет упростить их электрические приставки, исключив из их состава элементы блокировки частичных режимов малых нагрузок автономных дизель-генераторов, и повысить за счет этого степень использования утилизационных газотурбогенераторов, работающих в параллель с ним, т.е. их эффективность.
3. Представив в предшествующем пункте убедительные доказательства возможности и целесообразности снятия ограничения на использования автономных дизель-генераторов в долевых режимах с нагрузками менее 30% номинальной, следующим логичным шагом в заявляемом способе следует считать исключение из состава электрических приставок автономных дизель-генераторов тех функциональных узлов, которые отвечают в способе-прототипе за данные ограничения, что, естественно, влечет за собой повышение надежности этих приставок, снижение их размеров, массы и стоимости.
4. Во всех частных случаях заявленного технического решения предусмотрен автоматический программный контроль предельных режимов валогенераторной установки судна по предельно допустимым нагрузкам и частотам вращения ее оборудования. В частности, в первом частном способе «…Возрастающую на валогенераторе нагрузку контролируют компаратором сигнала максимальной нагрузки его электрической приставки, нагрузочный вход которой соединен с аналогичным входом компаратора сигналов нагрузок той же электрической приставки, а на задающем входе установлен программно сигнал максимально допустимой нагрузки валогенератора, равный 90% его номинального значения. При совпадении этих сигналов с выхода данного компаратора снимают предупредительный сигнал, который направляют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле, и через его замыкающий контакт посылают на подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) резервным автономным дизель-генератором сигнал его запуска…»;
Во втором частном случае «…При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме; … а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредителъное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарной зубчатой передачи снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарной зубчатой передачи, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарной зубчатой передачи и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения…»;
В третьем частном случае «…Одновременно измеряют текущую нагрузку валогенератора датчиком активного тока его электрической приставки, и ее сигнал сравнивают посредством компаратора сигнала максимальной нагрузки с сигналом установленного программой его верхнего предельного значения, равного 90% его номинальной мощности, и когда данные сигналы становятся равными, данным компаратором формируют сигнал включения промежуточного предупредительного реле в электрической приставке валогенератора, переключающим контактом которого фиксируют его нагрузку на уровне установленного программой верхнего предельного значения, для чего соединяют параллельно задающие входы компаратора сигналов нагрузок и компаратора сигнала максимальной нагрузки, и одновременно замыкающим контактом предупредительного промежуточного реле формируют команду на запуск резервного автономного дизель-генератора, которую посылают на его подсистему ДАУ. Запускают одновременно посредством данной подсистемы ДАУ по известным программам резервный автономный дизель-генератор, а также и бустерную электрическую машину его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха, вводимую в работу в двигательном режиме посредством ее автоматического выключателя и обратимого полупроводникового преобразователя, и включают затем известным способом автоматический выключатель резервного автономного дизель-генератора, блок-контактом которого в блоке параллельной работы дополнительно включают промежуточное исполнительное реле, размыкающими контактами которого дешунтируют второй дифференциальный субблок и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора, одновременно переключающими контактами данного исполнительного реле пересоединяют выход частотного канала блока параллельной работы на вход интегратора сигналов, а выход данного интегратора сигналов пересоединяют на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а вход подсистемы управления инвертором статического преобразователя частоты напряжения подключают через синхронизирующий трансформатор к выходным клеммам фильтра высших гармоник тока для работы в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно измеряют и текущую частоту вращения гребного вала и встроенного в него ротора валогенератора посредством датчика частоты вращения, сравнивают его сигнал в электрической приставке валогенератора посредством двух компараторов сигналов - средней частоты вращения и наименьшей частоты вращения - с установленными программой средним и минимально допустимым значениями частоты вращения ротора валогенератора; в случае совпадения сигнала действительной частоты вращения с установленным программой ее средним значением, его компаратором формируют предупредительный сигнал, которым включают посредством элемента типа «ИЛИ» промежуточное предупредительное реле электрической приставки валогенератора, замыкающим контактом которого посылают команду на подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на его запуск одновременно с утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха данного автономного дизель-генератора…».
Таким образом, из приведенных фрагментов заявленного технического решения следует, что предлагаемый в новом способе алгоритм автоматического программного контроля предельных режимов валогенераторных установок направлен на сохранение бесперебойного и безаварийного электроснабжения ходовых режимов судна.
5. Выдвигаемый на современном этапе развития земной цивилизации на первый план критерий экологической совместимости ее деятельности с окружающей средой делает вполне понятным и обоснованным подход, согласно которому чем меньше энергии человечество будет расходовать на свою жизнедеятельность, тем меньшее воздействие - парниковое, загрязняющее, озонопоражающее и пр. - оно будет оказывать на окружающую среду. Следовательно, политика тотального энергосбережения в любой области хозяйственной деятельности объективно направлена и на решение экологической проблемы, стоящей перед человечеством. И одним из стержней этой политики является максимальное использование (утилизация) вторичных ресурсов производства.
Из ниже приведенных фрагментов основного текста технического решения; 1) «…в параллель с несколькими автономными дизель-генераторами работают утилизационные газотурбогенераторы турбокомпаундных систем наддувочного воздуха данных дизель-генераторов и главного двигателя судна, содержащие каждый бустерную электрическую и статический полупроводниковый преобразователь в составе обратимых электромашинного и сетевого датчиками мощности. А блок параллельной работы содержит дополнительно частотный канал, включающий датчик действительной (текущей) частоты напряжения сети и компаратор сигналов частоты, полупроводниковых преобразователей и их подсистем управления, и снабженные реверсивными машину на валу известного турбокомпрессора наддува, подключенную к электрической сети через автоматический выключатель сравнивающий сигнал действительной частоты напряжения сети с задающим сигналом частоты, дополнительныйдопо сумматор сигналов нагрузок утилизационных автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и данных автономных дизель-генераторов измеряют дополнительно посредством реверсивных датчиков мощности утилизационных газотурбогенераторов их активные нагрузки и посылают их сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей и полученных сигналов нагрузок газотурбогенераторов, субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора, интегратор сигналов средней нагрузки отдельного дизель-генератора и частотного канала. При этом в период параллельной работы нескольких утилизационных газотурбогенераторов, и посылают блокирующие диоды на входы дополнительного сумматора сигналов нагрузок, посредством которого производят суммирование результирующий сигнал на вход первого сумматора сигналов нагрузок всех параллельно работающих генераторов и первый вход дифференциального субблока. Далее из результирующего сигнала первого сумматора посредством дифференциального субблока вычитают результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов, получая сигнал общей нагрузки, приходящийся на все автономные дизель-генераторы, который делят посредством субблока сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора на число параллельно работающих дизель-генераторов. Полученный сигнал средней нагрузки отдельного дизель-генератора посредством интегратора сигналов суммируют с выходным сигналом частотного канала блока параллельной работы и, получив сигнал задающей нагрузки отдельного дизель-генератора, посылают его на параллельно включенные задающие входы компараторов сигналов нагрузок электрических приставок всех автономных дизель-генераторов, работающих в параллель. Сравнивают посредством данных компараторов сигнал заданной нагрузки для отдельного дизель-генератора с его действительной (текущей) нагрузкой. Полученные сигналы разности данных компараторов в электрических приставках каждого автономного дизель-генератора усиливают посредством усилителей данных электрических приставок, и воздействуют усиленными сигналами на серводвигатели механических регуляторов подачи топлива в камеры сгорания первичных двигателей автономных дизель-генераторов, посредством которых распределяют нагрузку электрической сети, приходящуюся на долю каждого автономного дизель-генератора, поровну. Причем при частичных нагрузках главного двигателя и автономных дизель-генераторов, когда утилизационные газотурбогенераторы их турбокомаундных систем наддувочного воздуха работают в двигательных режимах, сигналы их нагрузок, формируемые реверсивными датчиками мощности, на входы второго сумматора сигналов блока параллельной работы блокируют посредством блокирующих диодов на данных входах…»
2) а также из фрагментов частных способов технического решения, например, второго «…Также экономически выгодно такое выполнение способа, при котором в ходовом режиме судна, оборудованного винтом фиксированного шага (второй частный случай), его электроснабжение производят от валогенератора, стабилизированного по частоте вращения посредством известного механического вариатора, состоящего из планетарной зубчатой передачи, соединенной с промежуточным мультипликаторным валом главного редуктора движительной установки, и дифференциального механизма в составе бустерной электрической машины, соединенной кинематически с регулирующим валом планетарной зубчатой передачи, а электрически - через обратимый полупроводниковый преобразователь и автоматический выключатель к сборным шинам главного распределительного щита (ГРЩ) и снабженной реверсивным датчиком мощности, соединенным через замыкающий блок-контакт автоматического выключателя данной бустерной машины с компаратором сигнала максимальной нагрузи данной бустерной электрической машины в электрической приставке валогенератора, и через блокирующий диод - с дополнительным сумматором сигналов нагрузок утилизационных генераторов блока параллельной аботы, при том, что датчик активного тока электрической приставки самого валогенератора соединен через замыкающий блок-контакт своего автоматического выключателя параллельно с входом первого сумматора сигналов нагрузок блока параллельной работы, а также и с входами компараторов сигналов максимальной и нулевой нагрузок валогенератора в его электрической приставке. В режимах полного хода судна электрическую сеть электроснабжают от стабилизированного валогенератора, работающего в автономном режиме, при поддержке бустерных электрических машин турбокомпаундной системы главного двигателя и дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, а в режиме среднего хода-работающего в параллель с резервным автономным дизель-генератором при поддержке тех же бустерных электрических машин с присоединением к ним бустерной электрической машины турбокомпаундной системы резервного автономного дизель-генератора. При полном ходе судна, когда валогенератор работает автономно, измеряют текущие нагрузки валогенератора, утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы главного двигателя и бустерной электромашины дифференциального механизма, работающих в генераторном режиме, посредством их датчиков активного тока и мощности, посылают измеренные сигналы через блок-контакты их автоматических выключателей на входы первого сумматора сигналов общей нагрузки электрической сети блока параллельной работы и дополнительного сумматора сигналов нагрузок работающих утилизационного газотурбогенератора тубокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя и бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Суммируют в первом и дополнительном сумматорах сигналов полученные сигналы текущих нагрузок генерирующих машин. Вычитают посредством первого дифференциального субблока из результирующего сигнала первого сумматора сигналов нагрузки электрической сети результирующий сигнал дополнительного сумматора сигналов и формируют на его выходе сигнал той части нагрузки электрической сети, которая приходится на валогенератор. Одновременно измеряют текущую частоту напряжения электрической сети посредством датчика действительной частоты напряжения блока параллельной работы, сравнивают посредством компаратора сигналов частоты напряжения его действительное значение с программно заданным. Сигнал разности данного компаратора посылают на интегратор сигналов нагрузочного и частотного каналов блока параллельной работы, а выходной сигнал данного интегратора, как сигнал задающей мощности валогенератора, посылают через переключающие контакты промежуточного исполнительного реле блока параллельной работы и предупредительного реле электрической приставки валогенератора на компаратор сигналов нагрузок в электрической приставке валогенератора и сравнивают его с сигналом действительной нагрузки валогенератора. Сигнал разности на выходе данного компаратора посылают через усилитель на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора, регулируют ток и электромагнитный момент бустерной электрической машины, корректируют за счет этого частоту вращения выходного вала планетарной зубчатой перелачи и вала валогенератора, стабилизируя тем самым частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки. При этом сравнивают измеренные сигналы мощности валогенератора и бустерной электрической машины посредством компараторов их максимальных нагрузок в электрической приставке валогенератора с установленными программой на их задающих входах предельными значениями, равными 90% номинального для валогенератора и 100% для бустерной электрической машины дифференциального механизма. При превышении измеренными сигналами мощности любой из этих машин установленного программой предельного значения формируют на выходе указанных компараторов предупредительные сигналы, которыми воздействуют через элемент типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле; переключающим контактом данного предупредительного реле посылают на задающий вход компаратора сигналов нагрузок валогенератора его электрической приставки программно установленный сигнал предельной мощности, равный 90% ее номинального значения, а замыкающим контактом того же промежуточного предупредительного реле формируют сигнал запуска резервного автономного дизель-генератора, направляемый в его подсистему ДАУ. Производят известным способом посредством данной подсистемы ДАУ запуск резервного автономного дизель-генератора и его турбокомпаундной системы наддува посредством ее бустерной электрической машины, работающей в двигательном режиме. Синхронизируют известным способом автономный дизель-генератор с валогенератором и подключают к сборным шинам главного распредщита посредством его автоматического выключателя. Его размыкающим контактом посылают исполнительный сигнал в субблок сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока параллельной работы, а замыкающим блок-контактом автоматического выключателя воздействуют через элемент типа «ИЛИ» блока параллельной работы на его промежуточное исполнительное реле. Переключающими контактами данного реле переключают выходы интегратора сигналов блока параллельной работы на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, а размыкающими контактом того же промежуточного исполнительного реле дешунтируют второй дифференциальный субблок блока параллельной работы и субблок сигнала средней нагрузки отдельного дизель-генератора. Затем интегрируют в дополнительном сумматоре сигналов блока параллельной работы сигналы мощностей утилизационных газотурбогенераторов турбокомпаундных систем главного двигателя и резервного автономного дизель-генератора, а также бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора, а в первом сумматоре того же блока - сигналы общей нагрузки электрической сети. Вычитают посредством первого дифференциального субблока блока параллельной работы из результирующего сигнала первого сумматора сигналов итоговый сигнал дополнительного сумматора сигналов, определяя общую нагрузку вало- и дизель-генераторов, а затем, посредством второго дифференциального субблока, вычитают из сигнала первого дифференциального субблока сигнал нагрузки валогенератора, получая на выходе второго дифференциального субблока сигнал задающей мощности введенного в действие резервного автономного дизель-генератора. Этот сигнал направляют через субблок сигнала средней нагрузки на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки введенного в работу резервного автономного дизель-генератора, посредством которого сравнивают сигнал заданной мощности с сигналом его действительной нагрузки. Выходной сигнал разности данного компаратора усиливают посредством усилителя электрической приставки резервного автономного дизель-генератора и воздействуют им на серводвигатель его механического регулятора подачи топлива для принятия им нагрузки электрической сети сверх предельно допустимой мощности для валогенератора, равной 90% номинальной. В период работы автономного дизель-генератора с нагрузками, меньшими 30% номинальной, для подачи в камеры сгорания наддувочного воздуха с оптимальными параметрами продолжают работу бустерной электрической машины турбокомпаундной системы данного автономного дизель-генератора в двигательном режиме, управляя ее обратимым полупроводниковым преобразователем посредством его подсистемы управления. При ходе судна со скоростью ниже экономической, но в пределах допустимого рабочего диапазона, для сохранения номинальных значений частоты вращения и частоты напряжения стабилизированного валогенератора, бустерную электрическую машину дифференциального механизма его механического вариатора переводят по сигналу, формируемому ее реверсивным датчиком мощности, в двигательный режим посредством ее обратимого полупроводникового преобразователя и его подсистемы управления. При этом сигнал нагрузки, формируемый реверсивным датчиком мощности бустерной электрической машины и посылаемый на соответствующий вход второго сумматора сигналов блока параллельной работы, блокируют посредством блокирующего диода; а при уменьшении скорости хода судна до значения, при котором частоту вращения входного вала планетарного редуктора снижают до наименьшего из рабочего диапазона предела, допустимого для хода судна с валогенератором, по сигналу, посылаемому машинным телеграфом на элемент типа «ИЛИ» электрической приставки валогенератора и дублируемому компаратором сигналов частот вращения входного вала планетарного редуктора, сравнивающим сигналы его действительной частоты вращения, измеряемой датчиком частоты вращения входного вала планетарного редуктора, с минимально допустимым программным значением, включают указанное предупредительное и дополнительно аварийно-предупредительное промежуточные реле. Посредством промежуточного предупредительного реле посылают команду в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором на ввод его в действие, как описано выше в данном частном случае. А переключающим контактом аварийно-предупредительного промежуточного реле формируют сигнал перевода нагрузки с валогенератора на введенный в работу резервный автономный дизель-генератор, посылаемый на задающий вход компаратора сигналов нагрузок электрической приставки валогенератора. Сигнал снятия нагрузки с валогенератора с выхода данного компаратора направляют на подсистему управления обратимым полупроводниковым преобразователем бустерной электрической машины дифференциального механизма механического вариатора валогенератора. Сигнал убывающей нагрузки валогенератора с выхода датчика активного тока его электрической приставки приходит на первый вход компаратора сигнала нулевой нагрузки, на втором входе которого устанавливают программно сигнал нулевой мощности. Когда сигналы на обоих входах данного компаратора становятся равными, на его выходе формируют сигнал вывода валогенератора из работы, который посылают на подсистему ДАУ валогенератором. По данному сигналу на выходе данной подсистемы формируют одновременно сигналы выключения автоматических выключателей валогенератора и бустерной электрической машины дифференциального механизма его механического вариатора, сигнал выключения разобщительной муфты на входном валу планетарного редуктора и сигнал гашения магнитного поля валогенератора посредством его автоматического регулятора напряжения…»;
- следует что заявленный способ направлен на решение задачи управления распределением активной нагрузки электрической сети в период параллельной работы разнотипных источников электроэнергии по критерию достижения наивысшей экономико-экологической эффективности, сущность которого состоит в том, что общую нагрузку электрической сети судна распределяют между ними так, чтобы утилизационные турбогенераторы, использующие вторичные ресурсы главного и вспомогательных дизелей, были загружены всегда потенциально располагаемой и развиваемой ими в текущий момент мощностью, адекватной текущему энергетическому потенциалу отработавших газов главного и вспомогательного двигателей, а оставшуюся нагрузку распределяют между валогенератором и автономными дизель-генераторами в такой пропорции, при которой сначала загружают валогенератор, работающий с более высоким КПД, до максимально допустимой либо потенциально возможной мощности в зависимости от частоты его вращения, а уже последние остатки нагрузки электросети переводят на автономные дизель-генераторы, способные работать без дымления и без образования токсичных газов при любом нагрузочном режиме. Причем, если они имеют одинаковый номинальный КПД, приходящуюся на них нагрузку распределяют между ними поровну. Если же номинальный КПД автономных дизель-генераторов не одинаков, то большей частью оставшейся нагрузки электросети загружают агрегат с  номинальным КПД, нагружая его до максимально установленной для него мощности, равной 85% номинальной, при которой он работает с наименьшим удельным расходом топлива. А нагрузку электросети, уже выше указанной, принимает на себя автономный агрегат с более низким КПД.
Такова сущность управления электроснабжением судна по критерию экономико-экологической эффективности в заявленном способе.
Заявляемый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки иллюстрируют следующими графическими материалами. Фиг. 1 демонстрирует функционально-принципиальную электрическую схему системы автоматического регулирования частоты напряжения и распределения нагрузки между параллельно работающими автономными дизель-генераторами и утилизационными газотурбогенераторами (УГТГ) турбокомпаундных систем (ТКС) наддувочного воздуха главного двигателя (ГД) и автономных дизель-генераторов (ДГ); фиг. 2 - то же между параллельно работающими валогенератором (ВГ) постоянной частоты вращения на судах с винтами регулируемого шага (ВРШ) и утилизационным газотурбогенератором турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя; фиг. 3 - то же между параллельно работающими валогенератором, установленным на судах с винтом фиксированного шага (ВФШ), постоянной частоты вращения от механического вариатора, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 4 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с электромагнитным возбуждением и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 5 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с постоянными магнитами и транзисторным статическим преобразователем частоты напряжения (СПЧН), автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора; фиг. 6 - то же между параллельно работающими валогенератором переменной частоты вращения, установленным на судах с ВФШ, с электромагнитным возбуждением и тиристорным инвертором СПЧН, автономным дизель-генератором и утилизационными газотурбогенераторами турбокомпаундных систем наддувочного воздуха главного двигателя и автономного дизель-генератора, фиг. 7 - нагрузочная и регулировочная характеристики валогенератора с электромагнитным возбуждением, снабженного СПЧН; фиг. 8 - то же валогенератора с постоянными магнитами; фиг. 9 - таблица наименований элементов, их позиций на фигурах и аббревиатур.
Новый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения нагрузки между разнотипными источниками электроэнергии судна осуществляют посредством следующей системы.
дей
зад
зад
Реализующая заявляемый способ энергетическая установка судна содержит (фиг. 1) главный двигатель 1, соединенный гребным валом 2 с гребным винтом 3, и электростанцию (не показано) в составе двух и более автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2, подключенных к сборным шинам 5 главного распределительного щита - ГРЩ (не показано) посредством соответственно автоматических выключателей 6.1 и 6.2. Главный двигатель 1 оборудован турбокомпаундной системой наддувочного воздуха в составе утилизационной газовой турбины (УГТ) 7, приводимой во вращение энергией теплоты отработавших газов, бустерной электрической машины (БЭМ) 8, например, синхронной с постоянными магнитами (не показано), соединенной кинематически соосно с валами газовой турбины 7 и турбокомпрессора наддува 9, а электрически - через автоматический выключатель 12 и статический полупроводниковый преобразователь - СПП (не показано), состоящий из обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей, содержащих каждый подсистемы управления (не показано), к сборным шинам 5 ГРЩ. Аналогичными турбокомпаундными системами наддувочного воздуха оборудованы и каждый автономный дизель-генератор 4.1 и 4.2. У дизель-генераторов 4.1 и 4.2 - это соответственно утилизационные газовые турбины 13.1 и 13.2, бустерные электрические синхронные машины 14.1 и 14.2 и турбокомпрессоры наддува 15.1 и 15.2. БЭМ 14.1 и 14.2 автономных ДГ 4.1 и 4.2 соединены со сборными шинами 5 соответственно через СПП, состоящие из обратимых электромашинных 16.1 и 16.2 и сетевых 17.1 и 17.2 полупроводниковых преобразователей с их подсистемами управления (на фиг. 1 не показано), и через автоматические выключатели соответственно 181.1 и 18.2. Сами автономные дизель-генераторы оборудованы электрическими приставками соответственно 21.1 и 21.2, содержащими соответственно датчики 22.1 и 22.2 активного тока, подключенные своими входами к клеммам соответственно дизель-генераторов 4.1 и 4.2 через измерительные трансформаторы (не показано), компараторы 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок данных автономных дизель-генераторов с двумя входами действительной Р и задающей Р мощности и усилители 24.1 и 24.2 сигналов данных компараторов, подключенные своими выходами через замыкающие блок-контакты (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ к клеммам соответственно серводвигателей 26.1 и 26.2 соответственно механических регуляторов 27.1 и 27.2 подачи топлива соответственно автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2. Входы «1» компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок соединены с выходами соответствующих датчиков 22.1 и 22.2 активного тока через замыкающие блок-контакты (не показано) автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2 автономных ДГ 4.1 и 4.2, а на их входы «2» подают извне общий сигнал Р задающей мощности.
зад
В частных случаях использования способа сходной между собой электрической приставкой 28 (фиг. 2 - фиг. 6) оборудован и валогенератор 29, подключенный к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 30 и имеющий в разных частных случаях разное типоисполнение в зависимости от конструкции гребного винта 3: с регулируемым (ВРШ) или фиксированным (ВФШ) шагом. В первом частном случае на судах с винтом регулируемого шага (фиг. 2) электрическая приставка 28 валогенератора содержит такие же, как у автономного дизель-генератора, датчик 31 активного тока, компаратор 32 сигналов нагрузок валогенератора, и усилитель 33 сигнала данного компаратора, подключенный своим выходом к серводвигателю 34 механического регулятора 35 подачи топлива главного двигателя 1. Вход «1» компаратора 32 нагрузок соединен с выходом датчика 31 активного тока через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 валогенератора 29, а на его вход «2» подают извне сигнал Р задающей мощности.
В других частных случаях, на судах, оборудованных ВФШ, используют валогенераторы, стабилизированные по частоте вращения (фиг. 3) либо по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6).
Во втором частном случае (фиг. 3) валогенератор 29 с электромеханическим возбуждением приводят во вращение от промежуточного мультипликаторного вала 36 главного редуктора 37 посредством разобщительной муфты 38 и известного механического вариатора (не показано), содержащего планетарную зубчатую передачу 39, соединенную с валами валогенератора 29 и бустерной синхронной электрической машины 40, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 41 и статический полупроводниковый преобразователь 42, содержащий обратимые электромашинный 43 и сетевой 44 полупроводниковые преобразователи со своими независимыми подсистемами управления соответственно 45 и 46. Валогенераторы 29 в данном частном случае и на судах с ВРШ (фиг. 2) снабжены автоматическим регулятором 47 напряжения, а БЭМ 40 (фиг. 3) - реверсивным датчиком 48 мощности.
В следующих частных случаях на судах с ВФШ валогенераторы 29, стабилизированные по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6), встраивают кинематически в линию гребного вала 2, а электрически соединяют со сборными шинами 5 ГРЩ последовательно через автоматический выключатель 30 и статический преобразователь частоты напряжения - СПЧН (не показано), состоящий из полупроводниковых электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, каждый из которых имеет отдельную подсистему управления соответственно 51 (фиг. 5) и 52 (фиг. 4 - фиг. 6).
Так в 4-м и 5-м частных случаях (фиг. 4, фиг. 5) СПЧН валогенератора 29 мощностью до 1,0 МВА выполняют на диодах и силовых транзисторах типа IGBT, а в 6-м частном случае (фиг. 6) у валогенератора 29 мощностью свыше 1,0 МВА СПЧН выполняют на диодах и тиристорах.
В рассматриваемых частных случаях в качестве валогенератора 29 используют синхронную машину с электромагнитным возбуждением (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6) либо с постоянными магнитами 53 (фиг. 5). Валогенератор с электромагнитным возбуждением снабжают обмоткой возбуждения 54 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6), питаемую у валогенератора 29 с постоянной частотой вращения (фиг. 2, фиг. 3), от автоматического регулятора 47 напряжения, а у валогенератора 29 с СПЧН (фиг. 4, фиг. 6) - от независимого управляемого полупроводникового вьшрямителя-возбудителя 55, который снабжен подсистемой управления 56 и подключен к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 57. У стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29, снабженного СПЧН (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6), на его выходе и последовательно с ним устанавливают фильтр-реактор 58, выполняющий функции фильтра высших гармоник тока, генерируемых сетевым полупроводниковым преобразователем 50.
1мак
уст
ср
min
2мак
н
min
В отдельных частных случаях электрическая приставка 28 к валогенераторам 29 содержит дополнительно: компараторы сигналов максимальной 59 и нулевой 60 нагрузок (фиг. 2 - фиг. 6); компараторы 61 средней и 62 минимально допустимой частоты вращения ВГ 29 (фиг. 4 - фиг. 6); компаратор 63 максимальной нагрузки БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора (фиг. 3); логические элементы 64 (фиг. 2 - фиг. 6) и 65 (фиг. 3 - фиг. 6) типа «ИЛИ»; промежуточные предупредительное реле 66 (фиг. 2 - фиг. 6) и аварийно-предупредительное реле 67 (фиг. 3 - фиг. 6); усилитель 68 (фиг. 2 - фиг. 6). При этом компаратор 59 максимальной нагрузки ВГ 29 соединен своими входами: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала Р максимальной нагрузки, а также (фиг. 3 - фиг. 6) через переключающие контакты 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 и 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 с задающим входом «2» компаратора 32 сигналов нагрузки ВГ, а его вход «1» (фиг. 2 - фиг. 6) - через блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 30 валогенератора 29 соединен с выходом его датчика 31 активного тока. Компаратор 60 нулевой нагрузки соединен своими входами: «2» - с задающим органом (не показано) нулевой нагрузки Р=0, а вход «1» подключен параллельно входу «1» упомянутого компаратора 59 максимальной нагрузки. Входы компаратора 61 средней частоты вращения (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) соединены: «2» - с задающим органом (не показан) сигнала n средней частоты вращения, а вход «1» - с выходом датчика 69 частоты вращения гребного вала 2. Входы компаратора 62 минимально допустимой частоты вращения ВГ 29 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) соединены: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала n минимальной частоты вращения, а вход «1» - параллельно аналогичному входу компаратора 61 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) или с выходом датчика 69 частоты вращения промежуточного мультипликаторного вала 36 главного редуктора 37 (фиг. 3). Входы компаратора 63 максимальной нагрузки БЭМ 40 (фиг. 3) дифференциального механизма ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения, соединены: «2» - с задающим органом (не показано) сигнала P максимальной нагрузки данной машины, а вход «1» - с выходом реверсивного датчика 48 мощности БЭМ 40 через блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 41 данной машины. Входы логического элемента 64 типа «ИЛИ» (фиг. 2 - фиг. 6), нагруженного промежуточным предупредительным реле 66, подключены у ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения (фиг. 2, фиг. 3), к выходу компаратора 59, а у ВГ 29, стабилизированного по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6) - его оба входа «1» и «2» подключены раздельно к выходам компараторов 59 и 61 соответственно. А входы в логический элемент 65 типа «ИЛИ», нагруженного промежуточными предупредительным 66 и аварийно-предупредительным 67 реле, подключены (фиг. 3 - фиг. 6): по входу «2» - к выходу компаратора 62 минимально допустимой частоты вращения, равной 0,7n. А по входу «1» элемент 65 подключен у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте вращения (фиг. 3), к выходу компаратора 63 максимальной нагрузки БЭМ 40; а у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте напряжения (фиг. 4 - фиг. 6), - к выходу машинного телеграфа в его положении «n».
У стабилизированного ВГ 29, устанавливаемого на судах, оборудуемых ВРШ (фиг. 2), из дополнительных элементов электрической приставки 28 используют только компаратор 59 максимальной и 60 нулевой нагрузки ВГ 29 и промежуточное предупредительное реле 66.
Параллельную работу всех источников электроэнергии координируют посредством блока 70 параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6), состоящего из нагрузочного и частотного каналов (не показано). Нагрузочный канал состоит из последовательно соединенных: первого (дополнительного) сумматора 71 сигналов нагрузки бустерных электрических машин ТКС дизель-генераторов, главного двигателя и валогенератора, стабилизированного по частоте вращения; второго (основного) сумматора 72 общей нагрузки электрической сети; первого дифференциального субблока 73; второго дифференциального субблока 74; субблока 75 сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора; логического элемента 76 типа «ИЛИ» и промежуточного исполнительного реле 77.
Входы первого сумматора 71 блока параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6) соединены через блокирующие диоды (не показано) и блок-контакты (не показано) автоматических выключателей 12, 18.1, 18.2 и 41 бустерных электрических машин соответственно 8, 14.1, 14.2 ТКС (не показано) соответственно главного двигателя 1 и автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и БЭМ 40 (фиг. 3) дифференциального механизма (не показано) валогенератора 29 соединены с выходами их реверсивных датчиков мощности соответственно 19, 20.1, 20.2 (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и 48 (фиг. 3) этих бустерных электрических машин.
Входы «1» и «2» второго сумматора 72 (фиг. 1 - фиг. 6) соединены через блок-контакты (не показано) автоматических выключателей 6.1, 6.2 и 30 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1 - фиг. 5) и валогенератора 29 (фиг.2 - фиг. 6.) с выходами их датчиков активного тока соответственно 22.1, 22.2 (фиг. 1 - фиг. 5) и 37 (фиг. 2 - фиг. 6.), а его вход «3» (фиг. 1 - фиг. 6.) - с выходом первого сумматора 77 сигналов.
Входы первого дифференциального субблока 73 соединены: «1» - с выходом второго сумматора 72, а «2» - с выходом первого сумматора 71 и параллельно с входом «3» второго сумматора 72 блока 70 параллельной работы. Входы второго дифференциального субблока 74 (фиг. 3 - фиг. 6) соединены: «1» - с выходом первого дифференциального субблока 73, а «2» -параллельно входу «2» второго сумматора 72 блока 70 параллельной работы.
Размыкающими контактами 77.7 и 77.3 Фиг. 3 - фиг. 6) промежуточного исполнительного реле 77 шунтируют соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 сигнала средней нагрузки отдельного автономного дизель-генератора блока 70 параллельной работы. А размыкающие блок-контакты автоматических выключателей 6.1 и 6.2 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1 и 4.2 соединены соответственно с входами «2» и «3» субблока 75 средней нагрузки отдельного дизель-генератора блока параллельной работы 70.
зад
Частотный канал блока 70 параллельной работы (фиг. 1 - фиг. 6) содержит последовательно соединенные датчик 78 действительной частоты напряжения электрической сети, подключенный к сборным шинам 5 ГРЩ через измерительный трансформатор (не показано) напряжения, и компаратор 79 сигналов частоты напряжения, содержащий два входа: заданной (вход «2») и действительной (вход «1») частот напряжения. Выходные сигналы нагрузочного и частотного каналов суммируются в интеграторе 80 сигналов (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 6), служащего выходным элементом блока 70 параллельной работы и подключенного своим выходом к задающему входу P электрических приставок 21.1, 21.2 и 28 соответственно автономных дизель-генераторов 4.1, 4.2 (фиг. 1) и валогенератора 29 (фиг. 2 - фиг. 6). При этом выходные сигналы электрических приставок 21.1, 21.2 соответственно автономных ДГ 4.1, 4.2 (фиг. 1), а также в первом частном случае и у валогенератора 29 (фиг. 2), установленного на судах с ВРШ, соединены через усилители 24.1, 24.2 и 33 (фиг. 1 - фиг. 6) соответственно у дизель-генераторов 4.1, 4.2 и валогенератора 29 с их серводвигателями соответственно 26.1, 26.2 и 34, встроенными соответственно в механические регуляторы 27.1, 27.2 и 35 подачи топлива соответственно автономных ДГ 4.1, 4.2 и главного двигателя 1.
Во втором частном случае (фиг. 3) у стабилизированного по частоте вращения валогенератора 29 в режиме его автономной работы на электрическую сеть выход его электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют через блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 с входами «1» подсистем 45 и 46 управления соответственно электромашинным 43 и сетевым 44 обратимыми полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма (не показано) механического вариатора (не показано) валогенератора 29. А в упомянутом пятом частном случае (фиг. 6) выход электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют таким же путем с входом подсистемы управления 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с тиристорным СПЧН.
В третьем и четвертом частных случаях у валогенераторов 29, стабилизированных по частоте напряжения посредством транзисторных СПЧН (фиг. 4, фиг. 5), нагрузочный и частотный каналы блока 70 параллельной работы в период автономной работы ВГ 29 действуют раздельно. В третьем частном случае (фиг. 4) в режиме автономной работы стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29 с электромагнитным возбуждением и транзисторным СПЧН выход его электрической приставки 28 (выход усилителя 33) соединяют в данном случае через блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ с входом «1» подсистемы 56 управления независимым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, тогда как выход частотного канала блока 70 параллельной работы (выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения) соединяют через последовательно соединенные переключающие контакты 77.4 и 77.5 исполнительного реле 77 данного блока 70, с входом подсистемы 52 управления сетевым полупроводниковым инвертором 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29.
В четвертом частном случае (фиг. 5) в режиме автономной работы стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с постоянными магнитами 53 и транзисторным СПЧН выход того же усилителя 33 электрической приставки 28 ВГ 29 соединяют через тот же блок-контакт секционного выключателя 25 с входом «1» подсистемы 57 управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем 49 СПЧН валогенератора 29. А частотный канал блока 70 параллельной работы (выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения) через последовательно соединенные переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 данного блока 70 подключают к подсистеме 52 управления сетевым полупроводниковым инвертором 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29.
Управление режимами главного двигателя 1 на судах, оборудованных ВФШ (3-й - 5-й частные случаи), производят машинным телеграфом (не показано), воздействующим на серводвигатель 34 (фиг. 3 - фиг. 6) механического регулятора 35 подачи топлива, посредством системы 81 ДАУ главным двигателем 1 и усилитель 82, соединенными последовательно.
Стабилизированные ВГ 29 оборудованы подсистемой 83 ДАУ (фиг. 2 - фиг. 6), вход которой соединен через усилитель 68 с выходом компаратора 60 нулевой нагрузки электрической приставки 28, а ее выходы в отдельных частных случаях соединены: а) у валогенератора 29, установленного на судах с ВРШ (фиг. 2), ее выход «1» - с автоматическим регулятором 47 напряжения, а ее выход «2» - с автоматическим выключателем 30 валогенератора 29; б) у ВГ 29, стабилизированного по частоте вращения (фиг. 3), выход «3» соединен с разобщительной муфтой 38 промежуточного вала 36 главного редуктора 37, выход «1» - соответственно с автоматическим регулятором 47 напряжения, и выход «2» по стрелке «А» - с автоматическими выключателями 30 и 41 соответственно ВГ 29 и бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма; в) у валогенераторов 29 с электромагнитным возбуждением, стабилизированных по частоте напряжения (фиг. 4, фиг. 6), - с параллельно соединенными входом «2» подсистемы 56 управления независимым полупроводниковым вьшрямителем-возбудителем 55 и входами автоматических выключателей 30 и 57 соответственно валогенератора 29 и независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55; г) а у ВГ 29 с постоянными магнитами, стабилизированного по частоте напряжения (фиг. 5),: выходом «1» - с входом «3» подсистемы 51 управления электромашинным полупроводниковым транзисторным выпрямителем 49 СПЧН (не показано) ВГ 29; выходом «2» - с входом разъединителя 84, а выходом «3» - с входом (не показано) автоматического выключателем 30 валогенератора 29.
Аналогичной подсистемой 85 ДАУ снабжены и автономные дизель-генераторы, например, 4.1 (фиг. 3 - фиг. 5), вход «1» (Пуск) которой соединен с источником единичных сигналов через замыкающий контакт 66.2 промежуточного предупредительного реле 66 электрической приставки 28 валогенератора 29 (фиг. 3 - фиг. 6), вход «2» - с датчиками (не показано) данного дизель-генератора; а выходы «2» и «1» соединены соответственно с исполнительными органами (не показано) данного ДГ и входами подсистем (не показано) управления соответственно обратимыми электромашинным 16.1 и сетевым 17.1 полупроводниковыми преобразователями бустерной электрической машины 12.1 турбокомпаундной системы (не показано) наддувочного воздуха данного дизель-генератора 4.1.
Сетевой полупроводниковый преобразователь 50 СПЧН стабилизированного по частоте напряжения валогенератора 29 (фиг. 4 - фиг. 6) для работы в режиме инвертора, ведомого сетью, снабжен синхронизирующим трансформатором напряжения 86, подключенным своим выходом к синхронизирующему входу подсистемы 52 управления данным инвертором: напрямую - у валогенератора 29 с тиристорным инвертором 50, ведомым сетью, в составе его СПЧН (фиг. 6); через переключающий контакт 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы - у валогенератора 29 с транзисторным инвертором 50 в составе его СПЧН (фиг. 4, фиг. 5).
У валогенератора 29, стабилизированного по частоте напряжения, мощностью свыше 1,0 МВА (фиг. 6), у которого сетевой полупроводниковый инвертор 50 в составе его СПЧН выполняют на тиристорах (5-й частный случай), к выходу данного инвертора подключают параллельно синхронный компенсатор 87, оборудуемый обмоткой 88 возбуждения и автоматическим регулятором 89 напряжения.
Новый способ автоматического регулирования частоты напряжения, программирования и распределения активной нагрузки между разнотипными источниками электроэнергии судна осуществляют следующим образом.
Вводная информация. В целях экономии расхода непрерывно дорожающего топлива во второй половине прошлого века на морском транспорте получили распространение утилизационные паротурбогенераторы, использующие вторичные энергетические ресурсы отработавших газов главных двигателей, и валогенераторы. С той же целью построечная скорость хода большинства современных транспортных судов в конце прошлого века снизилась с 17-18 до 14-15 узлов, что вызвало понижение установленных мощностей их главных энергетических установок, а вслед за этим и уменьшение паропроизводительности утилизационных котлов, которой стало хватать лишь на собственные теплофикационные нужды судна. Поэтому использование утилизационных паротурбогенераторов на современных судах, требующих к тому же применения более дорогостоящих установок глубокой утилизации теплоты отработавших газов главных двигателей, практически прекратилось.
Вместе с тем успехи, достигнутые в эти же годы в области турбонаддува двигателей внутреннего сгорания, привели к появлению на морском транспорте более простых, экономичных и недорогих турбокомпаундных систем утилизации энергии теплоты отработавших газов дизелей, включая и их турбокомпаундные системы наддувочного воздуха. Здесь важно отметить то, что турбокомпаундные системы наряду с повышением экономичности энергоустановок удачно решают и другую серьезную проблему морского транспорта - экологическую. Ведь экономное расходование топлива напрямую связано с вопросами экологии: чем меньше будет сожжено органического топлива, тем меньшее воздействие на окружающую среду окажут выбросы в нее вредных продуктов сгорания -парниковые и токсичные газы, зола, пепел, сажа. Вспомогательные дизели автономных дизель-генераторов, снабженные турбокомпаундными системами наддувочного воздуха и имеющие турбоэлектроприводной компрессор наддува, способны работать с полным сгоранием топлива, т.е. без дымления и без выбросов токсичных газов, в любом нагрузочном режиме: от холостого хода до номинальной. Ограничения на минимально допустимую длительную нагрузку в 30% номинальной на такие дизели не распространяются. То же самое относится и к судовым главным двигателям.
Но в отличие от утилизационных паротурбогенераторов, газотубогенераторы турбокомпаундных систем лишены традиционных средств индивидуального регулирования развиваемой ими мощности, тогда как смена режимов работы судовых дизелей, а следовательно, и систем их турбонаддува носит сравнительно частый и случайный характер. Более того, специфика режимов турбонаддува дизеля, работающего в широком диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной, диктует необходимость перевода газотурбоприводного генератора системы турбонаддува из генераторного режима в двигательный и наоборот.
В отличие от судов старой постройки, электростанция современного судна оказывается укомплектованной разными источниками электроэнергии - автономными дизель-генераторами, вспомогательными и утилизационными паро- и газотурбинными генераторами, валогенраторами - с разной степенью автономности их первичных двигателей. В этих условиях применение традиционных методов и средств регулирования частоты напряжения в электрической сети судна и распределения активных нагрузок между параллельно работающим источниками электроэнергии разного типоисполнения, разной степени автономности и экономичности, с нестабильными режимами генерирования и разными регулировочными возможностями становится малоэффективным.
Заявленный способ направлен на решение этой задачи. В его основу положен критерий максимально достижимой экономико-экологический эффективности использования главного двигателя и электростанции судна, сущность которого состоит в том, что при параллельной работе нескольких разнотипных источников электроэнергии общую нагрузку электрической сети судна распределяют между ними так, чтобы утилизационные турбогенераторы, использующие вторичные ресурсы главного и вспомогательных дизелей, были загружены всегда потенциально располагаемой в текущий момент мощностью, а оставшуюся нагрузку распределяют между валогенератором и автономными дизель-генераторами в такой пропорции, при которой сначала загружают валогенератор, работающий с более высоким КПД, до максимально допустимой либо потенциально возможной мощности в зависимости от частоты его вращения, а уже последние остатки нагрузки электросети переводят на автономные дизель-генераторы. Причем, если они имеют одинаковый номинальный КПД, приходящуюся на них нагрузку распределяют между ними поровну. Если же номинальный КПД автономных дизель-генераторов неодинаков, то большей частью оставшейся нагрузки электросети загружают агрегат с большим номинальным КПД, нагружая его до максимально установленной для него мощности, равной 85% номинальной, при которой он работает с наименьшим удельным расходом топлива. А нагрузку электросети, уже выше указанной, принимает на себя автономный агрегат с более низким КПД. Такова сущность управления электроснабжением судна по критерию экономико-экологической эффективности.
1. Параллельная работа автономных дизель-генераторов и утилизационных газотурбогенераторов их турбокомпаундных систем наддува
В ходовом режиме работы судна, не оборудованного валогенератором, его электроснабжение производят, как правило, от параллельно работающих автономных ДГ 4.1 и 4.2 (фиг. 1), которые подключены к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматических выключателей 6.1 и 6.2. Первичные двигатели (не показано) дизель-генераторов 4.1 и 4.2 оборудованы турбокомпаундными системами наддувочного воздуха в составе соответственно: для дизель-генератора 4.1 - УТГ 13.1, БЭМ 14.1 и турбокомпрессора 15.1; для дизель-генератора 4.2 - УТГ 13.2, БЭМ 14.2 и турбокомпрессора 15.2. Аналогичной ТКС наддува в составе утилизационной газовой турбины 7, бустерной электрической машины 8 и турбокомпрессора 9 оборудован и ГД 1. Утилизационные газовые турбины 7, 13.1 и. 13.2 работают на энергии отработавших газов соответственно ГД 1 и первичных двигателей автономных ДГ 4.1 и 4.2. В качестве БЭМ 8, 14.1 и 14.2 используют, например, синхронную машину с постоянными магнитами (не показано). Их подключают к тем же сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматических выключателей 12 у главного двигателя 1 и 18.1, 18.2 соответственно у автономных ДГ 4.1 и 4.2.
В период запуска главного и вспомогательных дизелей, их работы на холостом ходу и в нагрузочных режимах с нагрузкой менее 30% номинальной их отработавшие газы имеют невысокий энергетический потенциал, и поэтому УГТ 7, 13.1 и 13.2 и их турбокомпрессоры 9, 15.1 и 15.2 неспособны обеспечить процесс горения топлива в цилиндрах дизелей количеством воздуха, достаточным для полного его сгорания. В этих режимах для создания оптимальной производительности турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2 бустерные электрические машины 8, 14.1 и 14.2 используют в двигательном режиме и, восполняя дефицит вращающего момента на валах турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2, обеспечивают подачу воздуха в камеры сгорания дизелей в необходимом количестве и требуемого давления для полного без остатка сгорания топлива, т.е. без дымления и без образования токсичных газов. Когда нагрузка дизелей достигает 30% номинальной, УГТ 7, 13.1 и 13.2 и приводимые ими турбокомпрессоры 9, 15.1 и 15.2 способны самостоятельно обеспечить оптимальную подачу наддувочного воздуха в камеры сгорания. А при нагрузках дизелей свыше 30% номинальной приводная способность УГТ 7, 13.1 и 13.2 становится избыточной. Во избежание перепуска части отработавших, но еще обладающих высоким энергетическим потенциалом газов дизелей в атмосферу, БЭМ 8, 14.1 и 14.2 переводят в генераторный режим, направляя преобразуемую ими электрическую энергию в электросеть судна по линии их питания и повышая за счет этого КПД своих дизелей. В этих нагрузочных режимах дизелей БЭМ 8, 14.1 и 14.2 их турбокомпаундных систем работают в параллель с автономными ДГ, развивая мощности, определяемые текущим энергетическим потенциалом отработавших газов соответственно главного 1 и вспомогательных дизелей автономных ДГ 4.1 и 4.2. При этом распределение общей нагрузки электрической сети судна между автономными ДГ и бустерными электрическими машинами в соответствии с указанными выше критерием и принципом производят в следующей последовательности.
Текущую (действительную) нагрузку генерирующих агрегатов измеряют посредством: у автономных ДГ 4.1 и 4.2 - соответственно датчиков 22.1 и 22.2 активного тока (ДАТ) их электрических приставок 21.1 и 21.2; у бустерных электрических машин 14.1 и 14.2 их турбокомпаундных систем - соответственно реверсивных датчиков 20.1 и 20.2 мощности (ДМ); а у БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 главного двигателя 1 - реверсивного ДМ 19. Измеренные датчиками 22.1 и 22.2 активного тока сигналы соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2 направляют через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2 на входы «1» и «2» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети блока 70 параллельной работы. Измеренные реверсивными ДМ 19, 20.1 и 20.2 сигналы текущих нагрузок соответственно БЭМ 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 направляют через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 12, 18.1 и 18.2 и блокирующие диоды (не показано) на входы первого сумматора 71 сигналов нагрузок бустерных электрических машин блока 70 параллельной работы.
1
2
1
дг
2
1
В первом сумматоре 71 суммируют сигналы нагрузок всех БЭМ, и результирующий сигнал Σ посылают на параллельно включенные вход «1» первого дифференциального субблока 73 и вход «3» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети, посредством которого определяют общую текущую нагрузку электрической сети в целом. Далее из выходного сигнала Σ общей нагрузки электрической сети, формируемого вторым сумматором 72, в первом дифференциальном субблоке 73 вычитают выходной сигнал Σ суммарной мощности, развиваемой всеми БЭМ 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 и формируемый первым сумматором 71 сигналов нагрузок. В результате определяют сигнал Р=Σ-Σ общей нагрузки, приходящийся на оба автономных ДГ 4.1 и 4.2, который направляют на вход «1» субблока 75 сигнала средней нагрузки, выполняющий операцию деления
дг
где Р - общая нагрузка, которая приходится на оба автономных ДГ;
n - количество параллельно работающих автономных ДГ, информацию о котором подают на входы «2» и «3» субблока 75 средней нагрузки посредством размыкающих блок-контактов 6.1 и 6.2 генераторных выключателей.
ср
зад
зад
Сигнал Р средней нагрузки, приходящийся на один автономный ДГ, суммируют в интеграторе 80 с сигналом Δƒ отклонения частоты напряжения в электрической сети, измеряемой датчиком 78 действительной частоты, от ее программно заданного значения ƒ, и формируемого компаратором 79 частотных сигналов. Результирующий сигнал нагрузочного и частотного каналов (не показано) блока 70 параллельной работы с выхода интегратора 80, как сигнал задающей мощности Р для каждого из параллельно работающих автономных ДГ, направляют на параллельно включенные задающие входы «2» компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок соответственно электрических приставок 21.1 и 27.2 соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. На входы «1» тех же компараторов приходят сигналы действительных нагрузок тех же автономных ДГ, формируемые датчиками 22.1 и 22.2 активного тока соответственно электрических приставок 21.1 и 21.2 соответственно автономных ДГ 4.1 к 4.2 и посылаемые через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 6.2. Сигналы разности с выхода данных компараторов 23.1 и 23.2 сигналов нагрузок направляют на соответственно усилители 24.1 и 24.2 сигналов тех же электрических приставок соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. Затем усиленные сигналы направляют через блок-контакты (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на входы серводвигателей соответственно 26.1 и 26.2, встроенных в механические регуляторы 27.1 и 27.2 подачи топлива соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2. Данные регуляторы изменяют подачу топлива и соответственно вращающий момент и активную нагрузку каждого автономного ДГ до тех пор, пока сигналы разности на выходе компараторов 23.1 и 23.2 нагрузок соответственно электрических приставок 21.1 и 21.3 соответственно автономных ДГ 4.1 и 4.2 не станут равными нулю.
Частотный канал 78-79 блока 70 параллельной работы настроен на поддержание у каждого автономного ДГ 4.1 и 4.2 астатической регуляторной частотной характеристики при заданной частоте напряжения на задающем входе «2» компаратора 79 частотных сигналов. С такой же частотой напряжения передают утилизируемую электрическую энергию в электросеть судна и бустерные электрические машины 8, 14.1 и 14.2 турбокомпаундных систем соответственно главного двигателя 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2, сетевые полупроводниковые преобразователи которых, соответственно 11, 17.1 и 17.2, работают в режиме инверторов, ведомых сетью.
В периоды работы ГД 1 и автономных ДГ 4.1 и 4.2 с нагрузками менее 30% номинальной, их БЭМ соответственно 8, 14.1 и 14.2 переводят автоматически посредством сигналов обратной полярности на выходе их реверсивных ДМ соответственно 19, 20.1 и 20.2 в режим электродвигателей, поддерживая, как замечено, оптимальную производительность турбокомпрессоров 9, 15.1 и 15.2 наддува для обеспечения бездымного сгорания топлива в цилиндрах их дизелей. Во избежание нарушения в этот период нормальной работы блока 70 параллельной работы сигналами обратной полярности на выходах реверсивных датчиков мощности БЭМ 8, 14.1 и 14.2, эти сигналы блокируют посредством блокирующих диодов (не показано), установленных на входах первого сумматора 71 сигналов блока 70 параллельной работы.
В случае работы каждого автономного ДГ на разобщенные посредством секционного выключателя 25 секции сборных шин 5 ГРЩ, автоматическое распределение нагрузок между дизель-генераторами 4.1 и 4.2 прерывается посредством секционного выключателя 25, размыкающие блок-контакты которого (не показано) установлены на выходе электрических приставок 21.1 и 21.2 соответственно их дизель-генераторов 4.1 и 4.2. При этом автоматическое регулирование частоты напряжения на разобщенных секциях (не показано) сборных шин 5 ГРЩ осуществляют независимо посредством механических регуляторов 27.1 и 27.2 соответственно у ДГ 4.1 и 4.2 по их статическим регуляторным характеристикам.
2. Параллельная работа валогенератора, вращаемого ВРШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя
В первом частном случае (фиг. 2) в ходовом режиме судна, оборудованного ГД 1, гребным валом 2, винтом 3 регулируемого шага и ВГ 29, его электроснабжение производят от совместно работающих в автономном режиме синхронного ВГ 29 с электромагнитным возбуждением от обмотки 54 возбуждения, питаемой автоматическим регулятором 47 напряжения, и бустерной электрической машины 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддувочного воздуха ГД 1. К сборным шинам 5 ГРЩ валогенератор 29 подключают посредством автоматического выключателя 30, а БЭМ 8 - посредством статического полупроводникового преобразователя (СПП) 10-11 в составе обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей, собранных на силовых транзисторах типа IGBT, и автоматического выключателя 12. Ход судна, оборудованного ВРШ, с валогенератором выполняют при постоянной угловой скорости гребного вала 2 и ротора ВГ 29, стабилизируемой посредством механического регулятора 35 подачи топлива главного двигателя 1 во взаимодействии с частотным каналом 78-79 блока 70 параллельной работы и электрической приставкой 28 ВГ 29, а маневры судна производят за счет регулирования шага лопастей (не показано) гребного винта 3. В таком ходовом режиме главного двигателя 1 синхронный ВГ 29 генерирует электроэнергию переменного тока стабильной частоты. Однако длительную параллельная работу ВГ 29 с автономным дизель-генератором (не показано) не допускают, из-за подверженности угловой скорости главного двигателя 1 колебаниям при плавании судна в штормовую погоду. При движении судна полным и средним ходами БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддувочного воздуха главного двигателя 1 переводят посредством ее статического полупроводникового преобразователя 10-11 в генераторный ражим, и она, развивая потенциально располагаемую мощность, пропорциональную текущему нагрузочному режиму главного двигателя 1, работает через статический полупроводниковый преобразователь 10-11 в параллель с ВГ 29. При этом общую нагрузку электрической сети (не показано) судна, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ, распределяют принудительно между ними в следующей последовательности.
вг
тг
Σ2
тг
Σ2
тг
зад
Измеряют у обоих генерирующих агрегатов развиваемые ими текущие мощности: у ВГ 29 - посредством ДАТ 31 электрической приставки 28, а у БЭМ 8 - посредством реверсивного ДМ 19. Измеренные сигналы посылают в блок 70 параллельной работы на входы «2» (Р) и «3» (Р) второго сумматора 72 нагрузки электрической сети: сигнал ДАТ 31 - через блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30, а сигнал реверсивного ДМ 19 - через блок-контакт (не показан) автоматического выключателя 12, блокирующий диод (не показано) и первый сумматор 71 сигналов бустерных электрических машин. Посредством второго сумматора 72 сигналов определяют общую нагрузку Р электрической сети, и его выходной сигнал посылают на вход «1» дифференциального субблока 73, на вход «2» которого приходит сигнал Р нагрузки БЭМ 8 от реверсивного ДМ 19 после его обработки в первом сумматоре 71. Посредством дифференциального субблока 73 из первого сигнала Р вычитают второй Р и получают сигнал нагрузки, приходящийся на ВГ 29. Данный сигнал направляют на вход «1» интегратора 80, который суммируют с сигналом разности ±Δƒ частотного канала, получаемого на выходе компаратора 79 сигналов частоты напряжения в результате сравнения сигнала действительной частоты напряжения электрической сети, измеряемого датчиком 78 действительной частоты и посылаемого на вход «1» компаратора 79, с программно заданным сигналом частоты напряжения на его входе «2», равным, в частности, 50 Гц. Выходной сигнал интегратора 80 блока 70 параллельной работы является сигналом задающей мощности Р ВГ 29. Его посылают через переключающий контакт 77.2 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 ВГ 29, на вход «1» которого приходит сигнал действительной мощности того же ВГ 29. Выходной сигнал ±ΔР разности компаратора 32 сигналов усиливают усилителем 33 и посылают на серводвигатель 34 механического регулятора 35 подачи топлива ГД 1. Взаимодействием частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы, электрической приставки 28 и механического регулятора 35 подачи топлива обеспечивают работу ГД по астатической регуляторной частотной характеристике.
Одновременно с этим сигнал текущей нагрузки ВГ 29, измеряемый ДАТ 31 данной электрической приставки 28 и направляемый через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 параллельно на вход «1» компаратора 59 максимальной нагрузки, сравнивают с программно установленной на входе «2» данного компаратора 59 максимально допустимой нагрузкой валогенератора 29, равной 90% номинальной. Когда эти сигналы будут равны, на выходе компаратора 59 формируют сигнал, который посылают на вход логического элемента 64 типа «ИЛИ», нагруженного промежуточным предупредительным реле 66. Через замыкающий контакт (не показан) этого реле в подсистему ДАУ резервным автономным дизель-генератором (на фиг. 2 не показано) посылают сигнал необходимого его запуска одновременно с БЭМ (не показано) его турбокомпаундной системы наддувочного воздуха.
В период работы главного двигателя 1 с нагрузкой менее 30% номинальной, БЭМ 8 его турбокомпаундной системы 7-8-9 переводят посредством обратимых электромашинного 10 и сетевого 11 полупроводниковых преобразователей данной машины в двигательный режим, при котором реверсивный ДМ 19 данной электрической машины меняет полярность выходного сигнала. Во избежание нарушения этим сигналом нормальной работы блока 70 параллельной работы, его блокируют посредством блокирующего диода (не показано), установленного на входе первого сумматора 71 сигналов блока 70 параллельной работы.
3. Параллельная работа стабилизированного по частоте вращения валогенератора, вращаемого ВФШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя
н
н
2н
29н
40
зад
40
Во втором частном случае (фиг. 3) электроснабжение судна, оборудованного среднеоборотным главным двигателем 1, гребным валом 2, главным редуктором 37 и винтом 3 фиксированного шага, осуществляют в ходовом режиме от синхронного валогенератора 29, снабженного обмоткой возбуждения 54 и автоматическим регулятором 47 напряжения, который связан по входу «2» с выходом «1» подсистемы 83 ДАУ валогенератором 29. Маневры ГД 1 выполняют путем изменения угловой скорости и направления вращения его коленчатого вала (не показано). Чтобы в этих условиях синхронный ВГ 29 генерировал постоянную частоту напряжения, стабилизируют его частоту вращения посредством механического вариатора (не показано), состоящего из планетарной зубчатой передачи 39, входной вал (не показано) которой сочленяют с промежуточным валом 36 главного редуктора 37 разобщительной муфтой 38, и дифференциального механизма (не показано), состоящего из бустерной электрической машины 40, например, синхронной с постоянными магнитами (не показано), и статического полупроводникового преобразователя 42 в составе обратимых электромашинного 43 и сетевого 44 полупроводниковых преобразователей, собранных на силовых транзисторах типа IGBT и подключенных к сборным шинам 5 ГРЩ через автоматический выключатель 41, с их подсистемами соответственно 45 и 46 управления. Такой валогенератор является стабилизированным по частоте вращения и его допускают, что весьма существенно, на длительную параллельную работу с автономным ДГ 4.1 в ограниченном диапазоне изменения частоты вращения гребного вала 2, составляющем (0,7-1,1)n (n - номинальная частота вращения гребного вала 2, соответствующая режиму экономического хода судна). Номинальным же оборотам гребного вала 2 n соответствует номинальная частота вращения синхронного валогенератора 29 n. В этом режиме экономического хода судна вал БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора не вращается: n=0. При вращении гребного вала 2 и валогенератора 29 с частотой, превышающей номинальную, частота напряжения на шинах 5 ГРЩ станет выше заданной ƒ. Отклонение сигнала частоты напряжения, измеренное компаратором 79 сигналов частоты напряжения блока 70 параллельной работы, направляют, через сумматор 80 и переключающие контакты 77.2 и 66.1 промежуточных исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы и предупредительное реле 66 электрической приставки 28 валогенератора 29, обесточенных в период его автономной работы, на вход «1» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29. Выходным сигналом данного компаратора 32 воздействуют через усилитель 33 той же электрической приставки 28 на входы «1» подсистем 45 и 46 управления соответственно электромашинным 42 и сетевым 43 полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40. Тем самым БЭМ 40 переводят в режим генератора, с частотой вращения n, при которой частоту вращения ротора ВГ 29 сохраняют номинальной, так как
29н
2
40
n=n-n.
А при вращении гребного винта 2 с частотой, ниже номинальной, БЭМ 40 переводят посредством того же СПП 42 по сигналу обратной полярности того же компаратора 79 сигналов частоты напряжения блока 70 параллельной работы в двигательный режим, автоматически нагружая ее тем большим вращающим моментом, чем ниже частота вращения гребного вала 2 и промежуточного вала 36 главного редуктора 37. При этом частоту вращения ротора ВГ 29 по-прежнему сохраняют номинальной, так как
29н
2
40
n=n+n.
В этом, нижнем диапазоне допустимых для работы валогенератора частот вращения гребного вала 2 возможно попадание БЭМ 40 в режим перегрузки в период ее работы бустерным двигателем.
В ходовом режиме судна при вращении гребного вала 2 в пределах указанного рабочего диапазона, его электроснабжение производят, как и в первом частном случае, от параллельно работающих в автономном режиме стабилизированного синхронного ВГ 29, БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддувочного воздуха главного двигателя 1 и дополнительно - от БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора валогенератора 29 в период ее работы в генераторном режиме. При этом общую нагрузку электрической сети (не показано) судна, подключенной к сборным шинам 5 ГРЩ, распределяют между ними в следующей последовательности.
БЭМ 8 и 40 в период их работы генераторами загружают текущими располагаемыми мощностями, пропорциональными текущему энергетическому потенциалу отработавших газов ГД 1 (для БЭМ 8) и скорости хода судна (для БЭМ 40). Измеряют у всех генерирующих агрегатов развиваемые ими значения текущих мощностей: у стабилизированного ВГ 29 - посредством ДАТ 31 его электрической приставки 28, у БЭМ 8 турбокомпаундноой системы наддува ГД 1 - посредством реверсивного ДМ 19, а у БЭМ 40 дифференциального механизма - посредством реверсивного ДМ 48. Измеренный датчиком 31 активного тока ВГ 29 сигнал направляют через блок-контакт 30.1 его автоматического выключателя 30 на вход «2» второго сумматора 72 сигналов нагрузки электрической сети блока 70 параллельной работы. А измеренные реверсивными ДМ 19 и 48 сигналы действительных нагрузок соответственно БЭМ 8 турбокомпаундной системы ГД 1 и БЭМ 40 дифференциального механизма направляют, через блок-контакты (не показано) их автоматических выключателей соответственно 12 к 41 и блокирующие диоды (не показано), на входы первого сумматора 71 сигналов нагрузок бустерных электрических машин того же блока 70 параллельной работы.
1
2
1
2
1
зад
дей
В первом сумматоре 71 сигналов суммируют сигналы нагрузок всех БЭМ. Его результирующий сигнал Σ посылают на параллельно включенные вход «2» первого дифференциального субблока 73 и вход «3» второго сумматора 72 сигналов, посредством которого определяют, общую текущую нагрузку всей электрической сети, и посылают ее сигнал на вход «1» первого дифференциального субблока 73. Далее в нем из сигнала Σ общей нагрузки электрической сети, вычитают сигнал Σ суммарной мощности, развиваемой обеими БЭМ 8 и 40 соответственно турбокомпаундной системы ГД 1 и дифференциального механизма механического вариатора стабилизированного ВГ 29, формируемый первым сумматором 71 сигналов. В результате на выходе дифференциального субблока 73 определяют сигнал нагрузки Р=Σ-Σ приходящейся на стабилизированный ВГ 29. Его направляют через замкнутые размыкающие контакты 77.1 и 77.3 обесточенного в период автономной работы ВГ 29 промежуточного исполнительного реле 77, шунтирующие соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 средней нагрузки отдельного автономного ДГ, на вход «1» интегратора 80 блока 70 параллельной работы. Выходной сигнал интегратора 80 является сигналом Р задающей мощности стабилизированного ВГ 29. Его посылают через замкнутые переключающие контакты 77.2 и 66.1 на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29, на вход «1» которого приходит сигнал Р действительной мощности стабилизированного ВГ 29 с выхода его датчика 31 активного тока через замыкающий блок-контакт 30.1 автоматического выключателя 30 валогенератора 29. Выходной сигнал ±ΔР разности компаратора 32 сигналов нагрузок усиливают усилителем 33 и посылают через блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 на входы «1» подсистем 45 и 46 управления обратимыми соответственно электромашинным 43 и сетевым 44 полупроводниковыми преобразователями СПП 42 бустерной электрической машины 40 дифференциального механизма. По данному сигналу указанные подсистемы 45 и 46 управления регулируют углы управления силовых транзисторов (не показано) соответствующих полупроводниковых преобразователей 43 и 44, чем изменяют ток и электромагнитный момент, развиваемый БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора ВГ 29. Этим вызывают увеличение ее вращающего момента в двигательном режиме (или тормозного момента в генераторном режиме) и оказывают стабилизирующее воздействие, как показано выше, на выходной вал (не показано) планетарной зубчатой передачи 39, вращающей стабилизированный синхронный ВГ 29, и частоту напряжения на клеммах его якорной обмотки (не показано). Что касается регулирования подачи топлива ГД 1 на данном типе судна, то его производят сигналом изменения скорости хода судна, подаваемым по команде машинного телеграфа (не показано) системой 81 ДАУ главным двигателем 1 через усилитель 82 и направляемым на серводвигатель 34 его механического регулятора 35 подачи топлива.
Одновременно с процессом распределения нагрузки электрической сети между генерирующими агрегатами разного типа производят связанное с ним регулирование частоты напряжения электрической сети, как представлено выше в данном разделе описания способа.
1мак
2мак
1мак
1мак
Режимы загрузки стабилизированного ВГ 29 и БЭМ 40 его дифференциального механизма контролируют в его электрической приставке 28 компараторами соответственно 59 и 63 сигналов их максимальных нагрузок. В частности, перегрузка стабилизированного ВГ 29 может быть вызвана чрезмерно высоким приростом нагрузки электрической сети, а перегрузка БЭМ 40, как замечено, - использованием ВГ 29 при чрезмерно низких частотах вращения гребного вала 2. На входы «1» компараторов 59 и 63 сигналов максимальной нагрузки поступают сигналы действительных нагрузок соответственно от ДАТ 31 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 48 мощности БЭМ 40 дифференциального механизма через соответственно блок-контакты 30.1 автоматического выключателя 30 и блок-контакт (не показан) автоматического выключателя 41. Измеренные ими сигналы сравнивают с программно установленными на входах «2» данных компараторов 59 и 63 сигналами соответственно P и Р максимально допустимых нагрузок для этих агрегатов, равными 90% номинального значения для ВГ 29 и 100% - для БЭМ 40. При совпадении сравниваемых сигналов на компараторе 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29 формируемый на его выходе единичный сигнал направляют через логический элемент 64 типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки и включают его. Теперь переключающим контактом 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 перегрузки валогенератора 29 задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок в электрической приставке 28 при обесточенном аварийно-предупредительном реле 67 соединяют уже с программно установленным упомянутым входом «2» компаратора 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29, на котором установлен программно сигналом Р. Тем самым ограничивают потолочное значение загрузки стабилизированного ВГ 29 указанным значением P.
2
1
2
1
вг
вг
дг
зад
Вторым, замыкающим контактом 66.2 предупредительного реле 66 перегрузки ВГ 29 в данный момент посылают сигнал «Пуск» на вход «1» подсистемы 85 ДАУ резервным автономным ДГ 4.1. Посредством данной подсистемы ДАУ сигналами с ее выхода «2» производят запуск по известной программе резервного автономного ДГ 4.1, а сигналом с выхода «1» данной подсистемы 85 ДАУ одновременно вводят в действие турбокомпрессор 15.1 турбокомпаундной системы наддува данного автономного ДГ 4.1 посредством ее БЭМ 14.1, запускаемой в режиме двигателя сигналом, поступающим на входы ее автоматического выключателя 18.1 и подсистем (не показано) управления соответственно обратимыми электромашинным 16.1 и сетевым 17.1 полупроводниковыми преобразователями. Далее синхронизируют по известной программе запущенный автономный ДГ 4.1 с электрической сетью (не показано) и подключают к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 6.1 на параллельную работу с уже работающими генерирующими агрегатами: стабилизированным ВГ 29, загруженным до 90% номинальной мощности, БЭМ 40 дифференциального механизма его механического вариатора и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува ГД 1. Степень загрузки подключенного автономного ДГ 4.1 определяют посредством нагрузочного канала (не показан) блока 70 параллельной работы, для чего изменяют его структуру следующим образом. Посредством двух - замыкающего и размыкающего - блок-контактов (не показано) автоматического выключателя 6.1 в блок 70 параллельной работы посылают информационные сигналы соответственно на вход «1» логического элемента 76 типа «ИЛИ» и вход «2» элемента 75 средней нагрузки отдельных автономных ДГ. Выходным сигналом логического элемента 76 типа «ИЛИ» включают промежуточное исполнительное реле 77 блока параллельной работы. Его размыкающими контактами 77.1 и 77.3 включают в цепь нагрузочного канала (не показано) блока 70 параллельной работы соответственно второй дифференциальный субблок 74 и субблок 75 средней нагрузки отдельных автономных ДГ, ранее ими шунтируемые, а переключающим контактом 77.2 переключают выход интегратора 80 на задающий вход «2» компаратора 23.1 сигналов нагрузок электрической приставки 21.1 уже введенного в действие автономного ДГ 4.1. Одновременно другим замыкающим блок-контактом (не показано) автоматического выключателя 6.1 и таким же блок-контактом автоматического выключателя 18.1 бустерной электрической машины 14.1 посылают в блок 70 параллельной работы информационные сигналы соответственно от ДАТ 22.1 и реверсивного ДМ 20.1 соответственно автономного ДГ 4.1 и БЭМ 14.1 на соответственно входы «1» его второго сумматора 72 и вход (не показано) первого сумматора 71 сигналов нагрузок. Сумматорами 71 и 72 сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы выполняют программные действия, описанные выше в разделе 1 настоящей заявки. После вычитания в первом дифференциальном субблоке 73 из сигнала Σ общей нагрузки электрической сети сигнал Σ суммарной мощности, развиваемой всеми бустерными машинами, сигнал Р=Σ-Σ их разности направляют на вход «1» второго дифференциального субблока 74, на вход «2» которого приходит сигнал Р мощности, развиваемый стабилизированным ВГ 29 на уровне 90% его номинальной мощности. Вычитают данным дифференциальным субблоком 74 из первого сигнала - «Р» второй - «Р» и получают на выходе сигнал «P» нагрузки, приходящейся на автономный ДГ 4.1, который пропускают без изменения через субблок 75 средней нагрузки отдельных дизель-генераторов на вход «1» интегратора 80. Суммируют его в интеграторе 80 с выходным сигналом Δƒ частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы, приходящим на его вход «2», формируя на выходе интегратора 80 задающий сигнал Р нагрузки автономного ДГ 4.1, направляемый, как изложено, на вход «2» компаратора 23.1 сигналов нагрузок электрической приставки 21.1 введенного в работу данного ДГ 4.1. Регулирование частоты напряжения электрической сети и дальнейший прирост ее нагрузки производят, нагружая им автономный ДГ 4.1 посредством его электрической приставки 21.1 и механического регулятора 27.1 подачи топлива, сохраняя при этом загрузку стабилизированного ВГ 29 на максимально допустимом уровне, равном 90% его номинальной мощности. При этом поддерживают указанными средствами работу введенного автономного ДГ 4.1 по астатической регуляторной частотной характеристике.
На первом этапе, пока нагрузка автономного ДГ 4.1 не возрастет до 30% номинальной, БЭМ 14.1 продолжают использовать в двигательном режиме посредством ее обратимого СПП 16.1-17.1 В этот период сигнал отрицательной полярности на выходе реверсивного ДМ 20.1 этой машины блокируют на входе первого сумматора 71 сигналов блокирующим диодом (не показано).
дей
min
Рабочий диапазон частот вращения гребного вала 2, разрешенный для стабилизированного ВГ 29, контролируют компаратором 62 сигналов частоты вращения электрической приставки 28 ВГ 29, на вход «1» которого приходит сигнал n текущей (действительной) частоты вращения приводного вала 36 планетарного редуктора 39 механического вариатора ВГ 29 от датчика 69 частоты вращения. Этот сигнал сравнивают с программно установленным сигналом n минимально допустимой рабочей частоты вращения приводного вала 36 на входе «2» данного компаратора 62. Кода эти сигналы становятся равными, на выходе компаратора 62 формируют сигнал, который направляют на вход «2» логического элемента 65 типа «ИЛИ», а с его выхода и через развязывающий диод (не показано) - на промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки, и тем включают его, одновременно подготавливая к включению и аварийно-предупредительное реле перегрузки 67.
дей
2мак
Вторым признаком выхода стабилизированного ВГ 29 из рабочего диапазона частот вращения гребного вала 2 и приводного вала 36 планетарной зубчатой передачи 39 является, как замечено выше, перегрузка БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора. Сигнал перегрузки БЭМ 40, приходящий с ее датчика 48 мощности, формируют посредством компаратора 63 сигнала ее максимальной нагрузки, посредством которого сравнивают сигнал Р действительной нагрузки БЭМ 40 на входе «1» с программно установленным на входе «2» сигналом Р максимально допустимой нагрузки данной машины, равным 100% его номинальной мощности. Сигнал перегрузки с выхода компаратора 63 направляют на вход «1» того же логического элемента 65 типа «ИЛИ», а с его выхода - на то же промежуточное предупредительное реле 66 перегрузки. Замыкающим контактом предупредительного реле 66.2, как отмечено выше, посылают на вход «1» подсистемы 85 ДАУ сигнал ввода в действие резервного автономного ДГ 4.1 и его ТКС наддувочного воздуха 13.1-14.1-15.1.
Но выход стабилизированного ВГ 29 из разрешенного диапазона частот вращения требует вывода его из работы и полной замены на автономный резервный источник электроэнергии. Поэтому после подключения автономного ДГ 4.1 к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 6.1 и включения через его блок-контакт (не показан) и логический элемент 76 типа «ИЛИ» промежуточного исполнительного реле 77 в блоке 70 параллельной работы, как описано выше, замыкающим контактом 77.6 данного реле включают промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки в электрической приставке 28 ВГ 29. Переключающим контактом 67.1, установленном в цепи задающего входа «2» компаратора 32 сигналов нагрузок ВГ 29, на данный вход посылают сигнал ноль, согласно которому на выходе компаратора 32 формируют сигнал снятия нагрузки с ВГ 29 и перевода ее на веденный в работу автономный ДГ 4.1, для чего переключающим контактом 77.2 того же исполнительного реле 77 выход интегратора 80 блока 70 параллельной работы переключают на электрическую приставку 21.1 автономного ДГ 4.1. А сигналом уменьшения нагрузки ВГ 29, снимаемым с выхода компаратора 32 сигналов его электрической приставки 28, через усилитель 33 и блок-контакт (не показан) секционного выключателя 25 воздействуют посредством подсистем 45 и 46 управления на статический полупроводниковый преобразователь 42 БЭМ 40 дифференциального механизма механического вариатора ВГ 29. Этим сигналом непрерывно уменьшают развиваемый бустерной электрической машиной 40, работающей в двигательном режиме, электромагнитный вращающий момент, что приводит к снижению суммарного вращающего момента на валу стабилизированного ВГ 29 и сбросу им развиваемой мощности.
УСТ
Сигнал снижения мощности стабилизированного ВГ 29, измеряемый ДАТ 31 электрической приставки 28 ВГ 29 и посылаемый на вход «1» компаратора 60 сигнала нулевой нагрузки сравнивают с установленным программно на его входе «2» нулевым значением мощности Р=0 и, когда эти сигналы совпадают, на выходе данного компаратора формируют сигнал прекращения работы ВГ 29. Этот сигнал направляют через усилитель 68 на вход подсистемы 83 ДАУ стабилизированным ВГ 29. При этом: на выходе «2» данной подсистемы ДАУ формируют сигнал выключения автоматических выключателей 30 и 41 соответственно валогенератора 29 и БЭМ 40 его дифференциального механизма, который с выхода «2» направляют по стрелке «А»; с выхода «3» снимают сигнал выключения разобщительной муфты 38 планетарной зубчатой передачи 39; а на выходе «1» формируют сигнал развозбуждения ВГ 29, который направляют на автоматический регулятор 47, снимающий питание с обмотки возбуждения 54 посредством известного устройства гашения магнитного поля (не показано).
На этом вывод ВГ 29 из параллельной работы завершают, продолжая электроснабжение судна от автономного ДГ 4.1, работающего в параллель с БЭМ 8 и 14.1 турбокомпаундных систем наддува соответственно главного двигателя 1 и автономного ДГ 4.1.
4. Параллельная работа стабилизированного по частоте напряжения валогенератора, вращаемого ВФШ, и утилизационного газотурбогенератора турбокомпаундной системы наддува главного двигателя
В случае использования в других частных случаях - 3-м, 4-м и 5-м - на судах, оборудованных винтом 3 фиксированного шага, синхронного ВГ 29, встроенного в линию гребного вала 2 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) и вращаемого с переменной угловой скоростью, в его якорной обмотке генерируют электроэнергию переменной частоты. В подобных случаях стабильную частоту напряжения в электрической сети судна получают за счет использования в цепи якорной обмотки ВГ 29 статического преобразователя 49-50 частоты напряжения (СПЧН) со звеном постоянного тока, подключаемого к сборным шинам 5 ГРЩ посредством автоматического выключателя 30. Синхронный ВГ 29 может иметь электромагнитное возбуждение от обмотки 54 (фиг. 4, фиг. 6), располагаемой на магнитных полюсах ротора, или возбуждаться постоянными магнитами 53 (фиг. 5) на том же роторе.
В третьем частном случае (фиг. 4) стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29 с электромагнитным возбуждением оборудован СПЧН 49-50, состоящий из неуправляемого (диодного) выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранного на силовых транзисторах типа IGBT. В пятом частном случае (фиг. 6) тот же синхронный ВГ 29, но уже мегаваттной мощности, с электромагнитным возбуждением оборудован СПЧН 49-50, который состоит из электромашинного неуправляемого содержит СПЧН 49-50, который состоит из неуправляемого (диодного) электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранного на тиристорах. В четвертом частном случае (фиг. 5) в комплекте со стабилизированным по частоте напряжения ВГ 29 с постоянными магнитами 53 используют СПЧН 49-50, состоящий из управляемого электромашинного выпрямителя 49 и сетевого инвертора 50, собранных оба на силовых транзисторах типа IGBT. Во всех данных частных случаях в зависимости от способа формирования синусоидального напряжения на выходе СПЧН 49-50, его сетевой преобразователь 50 используют либо в режиме автономного инвертора, либо инвертора, ведомого сетью.
2н
2н
мак
2н
В каждом конкретном частном случае управление параллельной работой стабилизированного по частоте напряжения ВГ 29 с другими разнотипными источниками энергии имеет свои отличительные особенности. Общей для всех стабилизированных по частоте напряжения ВГ отличительной особенностью является его более широкий, чем у валогенератора, стабилизированного по частоте вращения, рабочий диапазон частот вращения гребного вала 2, в котором разрешена работа валогенератора. Он составляет от 0.4 до 1,1 n. Зависимость выходной мощности Р валогенератора с СПЧН от частоты вращения гребного вала показана на фиг. 7 и фиг. 8. В зоне «А» рабочего диапазона частот вращения, составляющей (0,7-1,1)n, стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29 можно загружать номинальной мощностью. В пределах этой зоны его используют в автономном режиме совместно с БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, без поддержки автономного дизель-генератора, контролируя при этом максимально допустимую нагрузку Р, выше которой требуется ввод в работу резервного автономного ДГ. В зоне «В» рабочего диапазона частот вращения - от 0.4 до 0,7n - располагаемая мощность стабилизированного ВГ 29. вращаемого при номинальном токе возбуждения, прямо пропорциональна текущей частоте его вращения, поэтому в этой зоне его используют, при необходимости, в параллель с автономным дизель-генератором и БЭМ турбокомпаундных систем наддува всех дизелей, загружая при этом ВГ и бустерные агрегаты в каждый текущий момент времени потенциально располагаемыми мощностями, за вычетом которых оставшуюся часть нагрузки электросети переводят на автономный ДГ.
4.1 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с электромагнитным возбуждением и диодно-транзисторным СПЧН
В данном, третьем частном случае (фиг. 4) обмотка 54 возбуждения стабилизированного ВГ 29 получает питание со сборных шин 5 ГРЩ через автоматический выключатель 57 и независимый управляемый полупроводниковый выпрямитель-возбудитель 55, выполненный, в частности, на силовых транзисторах типа IGBT и снабженный подсистемой 56 управления. Посредством данной обмотки при вращении ротора ВГ 29 главным двигателем 1 в его воздушном зазоре создают вращающееся магнитное поле, которое, пересекая витки статорной якорной обмотки (не показано), наводит в ней переменную электродвижущую силу (ЭДС), частота которой зависит от частоты вращения гребного вала 2, т.е. от скорости хода судна. Данную наведенную ЭДС и ток переменной частоты посредством диодного выпрямителя 49 выпрямляют, а затем посредством транзисторного инвертора 50 преобразуют повторно известным методом высокочастотной широтно-импульсной модуляции в переменное синусоидальное напряжение и ток стабильной частоты, в частности, 50 Гц. Далее пропускают переменный ток через фильтр-реактор 58, фильтруя его от токов высших гармоник, образуемых в процессе инвертирования в сетевом инверторе 50 постоянного тока в переменный полупроводниковыми вентилями (нет показано), и направляют через автоматический выключатель 30 в электрическую сеть.
В блоке 70 параллельной работы в данном частном случае нагрузочный и частотный каналы разделяют на два независимых выхода - соответственно выходы интегратора 80 и компаратора 79 - и соединяют через переключающие контакты соответственно 77.2 и 77.4 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы к входам: нагрузочный канал (интегратор 80) - к задающему входу «2» компаратора 32 сигналов нагрузки электрической приставки 28 ВГ 29 через переключающий контакт 66.1 промежуточного предупредительного реле 66 данной электрической приставки; частотный канал (компаратор 79) - к входу подсистемы 52 управления сетевым транзисторным инвертором 50 СПЧН 49-50 валогенератора 29 через переключающий контакт 77.5 того же исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы.
При движении судна полным ходом, когда главный двигатель 1 работает в экономическом режиме, его турбокомпаундной системой 7-8-9 утилизируют часть энергии теплоты отработавших газов в механическую работу турбокомпрессора 9 наддува, а избыток этой энергии преобразуют посредством ее БЭМ 8, работающей в генераторном режиме, в электрическую энергию нестабильной частоты и напряжения, которую после согласования этих параметров посредством СПП 10-11 направляют в электрическую сеть через автоматический выключатель 12. Часть механической работы, выполняемой самим главным двигателем 1, преобразуют посредством стабилизированного ВГ 29 в электрическую энергию для собственных судовых нужд путем его параллельной работы на общие сборные шины 5 ГРЩ с бустерной электрической машиной 8 турбокомпаундной системы наддува 7-8-9 главного двигателя 1. При этом общую нагрузку электрической сети распределяют между ними в периодически изменяющейся по случайному закону пропорции с целью достижения максимального экономического эффекта: БЭМ 8 загружают в каждый текущий момент времени располагаемой мощностью, которая соответствует в данный момент энергетическому потенциалу отработавших газов ГД 1 согласно его текущему нагрузочному режиму и составляет примерно 4-5% номинальной мощности ГД 1; оставшуюся часть нагрузки электросети переводят на стабилизированный ВГ 29. Управление процессом распределением нагрузки электрической сети при сохранении заданной номинальной частоты напряжения производят следующим образом.
Текущие нагрузки стабилизированного ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува ГД 1 измеряют посредством: у валогенератора 29 - ДАТ 31 его электрической приставки 28; у БЭМ 8 - реверсивного датчика 19 мощности. Измеренные сигналы направляют через замыкающий блок-контакт (не показано) и такой же блок-контакт (не показано) автоматического выключателя 30 - на вход «2» второго 72 сумматора сигналов и параллельно ему на входы «1» компараторов 32, 59 и 60 сигналов электрической приставки 28 ВГ 29. Обработку этих сигналов в блоке 70 параллельной работы выполняют в той же последовательности, что и в разделе 3 описания настоящей заявки.
Выходной сигнал частотного канала блока 70 параллельной работы с выхода компаратора 79 сигналов частоты напряжения направляют через переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы на подсистему 52 управления сетевым транзисторным инвертором 50, работающим при автономном использовании стабилизированного ВГ 29 в известном режиме независимого (автономного) инвертора. Выходным сигналом частотного канала блока 70 параллельной работы поддерживают известным методом за счет подсистемы 52 управления частоту напряжения на выходе автономного инвертора 50 неизменной и равной при любой его нагрузке номинальному значению, в частности, 50 Гц.
зад
дей
дей
зад
Выходной сигнал Р нагрузочного канала того же блока 70 параллельной работы с выхода интегратора 80 через переключающий контакт 77.2 направляют на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29, в котором сравнивают этот сигнал с сигналом Р действительной нагрузки ВГ 29 на входе «1». При несовпадении этих сигналов сигнал разности с выхода компаратора 32 сигналов нагрузок посылают, после усилении в усилителе 33, через замыкающий блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на вход «1» подсистемы 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 стабилизированного ВГ 29. При этом, изменяя угол управления силовых транзисторов данного выпрямителя-возбудителя регулируют напряжение и ток возбуждения стабилизированного ВГ 29, ЭДС, напряжение и ток его якорной обмотки, приводя развиваемую им мощность в соответствие с заданным его значением. При этом действительное напряжение U стабилизированного ВГ 29 на выходе фильтра-реактора 58 и на входе «1» автоматического регулятора 47 напряжения сравнивают с программно заданным по входу «2» значением U и при несовпадении этих сигналов сигналом разности, формируемым на выходе автоматического регулятора 47, воздействуют на напряжение и ток возбуждения стабилизированного ВГ 29 посредством того же независимого выпрямителя-возбудителя 55 через вход «3» его подсистемы 56 управления.
1мак
1мак
Для данного, третьего частного случая зависимость выходной мощности стабилизированного ВГ 29, оборудованного с СПЧН 49-50, от частоты вращения гребного вала 2 показана на фиг. 7. Программное управление режимами стабилизированного ВГ 29 в зонах «А» и «В» его рабочего диапазона частот вращения производят следующим образом. В период его автономной работы в зоне «А» контролируют компаратором 59 сигнала максимальной нагрузки электрической приставки 28 установленное на его входе «2» программное значение Р максимально допустимой нагрузки валогенератора. При загрузке ВГ 29 до этого предела по входу «1» данного компаратора 59, на его выходе формируют предупредительный сигнал, посылаемый через вход «1» элемента 64 типа «ИЛИ» на промежуточное предупредительное реле 66. Переключающим контактом 66.1 данного реле задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 валогенератора 29 через переключающий контакт 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 соединяют с входом «2» компаратора 59 сигнала максимальной нагрузки, на котором программно установлен задающий сигнал Р, равный 90% номинальной мощности ВГ 29. После этого стабилизированный ВГ 29 будет постоянно загружен на 90%.
ср
ср
н
Такой же предупредительный сигнал приходит на вход «2» логического элемента 64 и в тот момент, когда частота вращения гребного вала 2 и ротора ВГ 29 принимает наименьшее из зоны «А» рабочего диапазона частот вращения значение n (фиг. 7). Этот сигнал формируют компаратором 61 (фиг. 4) сигнала средней частоты вращения, на вход «1» которого подают сигнал от датчика 69 текущей частоты вращения гребного вала 2 и сравнивают его с программно установленным на входе «2» значением, равным n=0,7n. При совпадении этих сигналов с выхода компаратора 61 сигнала средней частоты вращения снимают предупредительный сигнал, также включающий промежуточное предупредительное реле 66 электрической приставки 28.
После срабатывания данного реле 66 его замыкающим контактом 66.2 посылают сигнал в подсистему 85 ДАУ автономным дизель-генератором 4.1 на его ввод в действие одновременно с БЭМ 14.1 его турбокомпаундной системы наддува для параллельной работы со стабилизированным ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы ГД 1, который выполняют в последовательности, описанной выше в разделе 3 описания настоящей заявки. После подключения автономного ДГ 4.1 к БЭМ 14.1 посредством их автоматических выключателей соответственно 6.1 и 18.1 к сборным шинам 5 ГРЩ и подачи их блок-контактами (не показано) информационных сигналов в блок 70 параллельной работы включают промежуточное исполнительное реле 77 данного блока. Его контактами изменяют структуру нагрузочного канала данного блока 70 параллельной работы, как описано выше в разделе 3, для распределения нагрузки электрической сети между источниками электроэнергии нового состава параллельной работы. Дополнительно выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения переключающим контактом 77.4 соединяют с входом «2» интегратора 80 сигналов, а синхронизирующий вход подсистемы 52 управления сетевым инвертором 50 СПЧН 49-50 переключающим контактом 77.5 переключают на синхронизирующий трансформатор напряжения 86.
Измененной структурой блока 70 параллельной работы задают автономному ДГ 4.1 режим ведущего генераторного агрегата, при котором посредством его автоматического регулятора напряжения (не показано) известным способом поддерживают в электрической сети номинальное значение напряжения, а посредством частотного канала 78-79 блока 70 параллельной работы - номинальное значение частоты этого напряжения, благодаря работе данного автономного ДГ 4.1 по астатическим регуляторным внешней и частотной характеристикам. А благодаря переключению синхронизирующего входа подсистемы 52 управления сетевым инвертором 50 на синхронизирующий трансформатор 86, данный преобразователь переводят в режим инвертора, ведомого сетью. При увеличении нагрузки электрической сети стабилизированный по частоте напряжения ВГ 29, при данных измененных структурах блока 70 параллельной работы и своей электрической приставки 28, оставляют загруженным на 90% номинальной мощности, а возрастающую нагрузку электрической сети переводят на подключенный автономный ДГ 4.1. Когда последний загружен мощностью менее 30% номинальной, его БЭМ 14.1 используют посредством ее СПП 16.1-17.1 в двигательном режиме для повышения производительности турбоэлектрокомпрессора 15.1 до оптимальных для полного сгорания топлива значений. В этот период работы БЭМ 14.1 сигнал его датчика 20.1 мощности, имеющий отрицательную полярность, блокируют на входе первого сумматора 71 сигналов нагрузки утилизационных газотурбогенераторов блока 70 параллельной работы посредством блокирующего диода (не показано). При нагрузках главного двигателя 1 и автономного ДГ 4.1 выше 30% номинальных значений, БЭМ соответственно 8 и 14.1 их турбокомпаундеых систем наддува переводят, как замечено выше, в режим утилизационных газотурбогенераторов, которые развивают мощности, соответствующие энергетическим потенциалам отработавших газов их двигателей при текущих нагрузочных режимах последних.
min
дей
min
Если в период работы главного двигателя 1 в зоне «В» рабочего диапазона частот вращения (фиг. 7) на входы «1» и «2» логического элемента 65 типа «ИЛИ» (фиг. 4) поступят дублирующие сигналы n с машинного телеграфа (не показано) либо от компаратора 62 сигнала минимальной частоты вращения гребного вала 2, сравнивающего действительную частоту n его вращения на входе «1», которую измеряют и посылают датчиком 69 частоты вращения гребного вала 2, с установленным программно на входе «2» ее минимальным значением n, то сигналом с выхода этого логического элемента 65 типа ИЛИ, наряду с промежуточным предупредительным реле 66 перегрузки включают еще и промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки в следующей последовательности. Сигналом предупредительного реле 66, как отмечено выше, запускают и подключают к сборным шинам 5 ГРЩ автономный резервный ДГ 4.1 и БЭМ 14.1 его турбокомпаундной системы наддува. Поэтому после подключения ДГ 4.1 к сборным шинам 5 ГРЩ, посредством автоматического выключателя 6.1, и включения через логический элемент «76» типа ИЛИ промежуточного исполнительного реле 77 в блоке 70 параллельной работы, замыкающим контактом 77.6 данного включенного реле включают и промежуточное аварийно-предупредительное реле 67 перегрузки.
В свою очередь, переключающим контактом 67.1 аварийно-предупредительного реле 67 посылают нулевой сигнал о снятии с ВГ 29 всей нагрузки на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29. Сигналом, формируемым на выходе данного компаратора и посылаемым через его усилитель 33 на вход «1» подсистемы 56 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, уменьшают напряжение и ток возбуждения ВГ 29, его якорные напряжение, ток и развиваемую им мощность, которую переводят посредством блока 70 параллельной работы, электрической приставки 21.1 автономного ДГ 4.1 и его механического регулятора 27.1 подачи топлива на автономный ДГ 4.1 и его БЭМ 14.1 по мере перехода последней в режим утилизационного газотурбогенератора. Когда нагрузку на ВГ 29 снизят до нуля, компаратором 60 сигнала нулевой нагрузки электрической приставки 28 валогенератора 29 формируют сигнал вывода ВГ 29 из работы. Данный сигнал по выходу и после усиления усилителем 68 направляют через подсистему 83 ДАУ валогенератором 29 на вход «3» подсистемы 56 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, чем блокируют работу последнего, и соответственно на автоматические выключатели 30 и 57 соответственно ВГ 29 и его выпрямителя-возбудителя 55. На этом вывод ВГ 29 из работы завершают.
4.2 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с постоянными магнитами и транзисторным СПЧН
В данном, четвертом частном случае (фиг. 5) обмотка возбуждения на ВГ 29 и питающий ее полупроводниковый выпрямитель-возбудитель отсутствуют, а его возбуждают постоянными магнитами 53, установленными на роторе. Кроме того электромашинный выпрямитель 49 СПЧН 49-50 выполнен управляемым на силовых транзисторах типа IGBT, и он снабжен подсистемой 51 управления, управляющий вход «1» которой соединен с выходом усилителя 33 электрической приставки 28 ВГ 29 через блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25, а другой управляющий вход «2» - с выходом автоматического регулятора 47 напряжения. Структурные схемы электрической приставки 28 валогенератора 29 и блока 70 параллельной работы исполнены так же, как в третьем частном случае.
2н
При движении судна полным ходом с работой главного двигателя 1 в экономическом режиме, когда гребной вал 2 и ротор валогенератора 29 вращаются с номинальной частотой вращения n, соответствующей зоне «А» его рабочего диапазона частот вращения (фиг. 8), электроснабжение судна производят от стабилизированного ВГ 29 (фиг. 5) через его СПЧН 49-50 и автоматический выключатель 30. В параллель к нему к сборным шинам 5 ГРЩ подключают через СПП 10-11 посредством автоматического выключателя 12 БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, работающей в режиме УГТГ. В период автономной работы ВГ 29 сетевой транзисторный преобразователь 50 его СПЧН 49-50 используют в режиме автономного инвертора. Напряжение синусоидальной формы на его выходе формируют за счет использования его полупроводниковых вентилей (не показано) в известном режиме высокочастотной широтно-импульсной модуляции с последующей фильтрацией токов высших гармоник посредством фильтра-реактора 58. Частоту данного синусоидального напряжения на выходе автономного инвертора 50 поддерживают неизменной, благодаря тому, что на задающий частотный вход его подсистемы 52 управления посылают задающий сигнал частоты напряжения, равной номинальному значению, например, 50 Гц, с выхода компаратора 79 сигналов частоты напряжения через переключающие контакты 77.4 и 77.5 промежуточного исполнительного реле 77 блока 70 параллельной работы, которое в режиме автономной работы ВГ 29 обесточено.
дей
При изменении текущей нагрузки электрической сети сигналы ее приращения или понижения с выходов ДАТ 31 электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 19 мощности БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1 посылают через блок-контакты (не показано) автоматических выключателей соответственно 30 и 12 на входы второго 72 и первого 71 сумматоров сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы. Там их обрабатывают по программе, описанной в разделе 3 описания настоящей заявки, и с выхода интегратора 80 сигналов нагрузочного канала через переключающий контакт 77.2 промежуточного исполнительного реле 77 того же блока 70 параллельной работы направляют на задающий вход «2» компаратора 32 сигналов нагрузок электрической приставки 28 стабилизированного ВГ 29. Здесь его сравнивают с сигналом Р действительной нагрузки того же ВГ 29, приходящим на входе «1». В случае их несовпадения сигнал разности по его выходу направляют через усилитель 33 и блок-контакт секционного выключателя 25 на управляющий вход «1» подсистемы 51 управления электромашинным управляемым полупроводниковым выпрямителем 49 СПЧН 49-50. По данному сигналу регулируют угол управления силовыми транзисторами (не показано) данного выпрямителя, его выпрямленные напряжение и ток, а также и мощность, развиваемую валогенератором 29, пока она не станет равной заданной мощности.
Одновременно измеряют и сравнивают посредством автоматического регулятора 47 напряжения действительное напряжение на выходе фильтра-реактора 58, подаваемое на вход «1» данного регулятора, с заданным программно напряжением на его входе «2». В случае их расхождения, воздействуют выходным сигналом автоматического регулятора 47 напряжения на управляющий вход «2» той же подсистемы 51 управления управляемым электромашинным выпрямителем 49. Этим сигналом отклонения напряжения тем же способом, что и сигнал нагрузки, регулируют амплитуду выпрямленного напряжения выпрямителя 49, служащего опорным для автономного инвертора 50, из которого формируют методом известной широтно-импульсной модуляции синусоидальное напряжение заданной номинальной частоты.
ср
Контроль максимальной нагрузки ВГ 29 и граничного среднего значения n частоты вращения из его рабочего диапазона (фиг. 8), при установлении которых вводят на параллельную работу с ВГ 29 (фиг. 5) резервный автономный дизель-генератор 4.1 и его БЭМ 14.1, производят аналогично тому, как это описано выше в разделе 4.1 описания настоящей заявки. При этом после того, как резервный автономный ДГ 4.1 будет введен в действие, по сигналу замыкания блок-контакта (не показано) его автоматического выключателя 6.1 в блоке 70 параллельной работы получит питание промежуточное исполнительное реле 77, его переключающим контактом 77.5 переключают синхронизирующий вход подсистемы 52 управления сетевым преобразователем 50 на клеммы синхронизирующего трансформатора 86, переводя тем самым данный преобразователь 50 с автономного режима на режим инвертора, ведомого сетью, частоту напряжения которой с этого момента поддерживают резервным автономным ДГ 4.1, работающим в режиме ведущего генераторного агрегата по астатической частотной характеристике. Ее поддерживают посредством частотного канала блока 70 параллельной работы, у которого выход компаратора 79 сигналов частоты напряжения переключающим контактом 77.4 переключают на вход «2» интегратора 80 сигналов блока параллельной работы, выход которого, в свою очередь, пересоединяют переключающим контактом 77.2 на задающий вход «2» компаратора 23.1 электрической приставки 21.1 резервного автономного ДГ 4.1.
min
Также и при снижении частоты вращения гребного вала 2 и ротора ВГ 29 до наименьшего предельного значения n из зоны «В» рабочего диапазона (фиг. 8), при котором ВГ 29 (фиг. 5) выводят из работы, аварийно-предупредительный сигнал формируют в той последовательности, которая описана в разделе 4.1 описания настоящей заявки. При этом сигнал перевода нагрузки с выводимого из работы ВГ 29, формируемый на выходе 33 усилителя его электрической приставки 28, направляют через блок-контакт секционного выключателя 25 сборных шин 5 ГРЩ на управляющий вход «1» подсистемы 51 управления электромашинным транзисторным выпрямителем 49. При снижении нагрузки ВГ 29 до нуля с выхода компаратора 60 сигнала нулевой нагрузки ВГ через усилителя 68 посылают команду выключения ВГ 29 на его подсистему 83 ДАУ, с выходов «3», «2» и «1» которой уходят сигналы соответственно на выключение автоматического выключателя 30, вспомогательного разъединителя 84 и на вход «3» подсистемы 51 управления электромашинным транзисторным выпрямителем 49 СПЧН 49-50. Последним сигналом на входе «3» подсистемы 51 управления блокируют формирование ею импульсов управления транзисторами, а выключателем 30 и разъединителем 89 снимают питание с СПЧН 49-50 как со стороны сборных шин 5 ГРЩ, так и валогенератора 29, поскольку на клеммах выведенного из работы, но продолжающего вращаться ВГ 29, сохраняют напряжение, наводимое постоянными магнитами 53.
На этом вывод ВГ 29 из работы завершают.
4.3 Использование стабилизированного синхронного валогенератора с электромагнитным возбуждением и тиристорным СПЧН
На судах, оборудованных ВФШ и стабилизированными валогенераторами мегаваттного мощностного ряда (фиг. 6), синхронные ВГ 29 устанавливают, как правило, с электромагнитным возбуждением от роторной обмотки 54, питаемой независимым управляемым полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 55, снабженным подсистемой 56 управления, через автоматический выключатель 57. А сетевой полупроводниковый преобразователь 50 СПЧН 49-50, включаемого в цепь якорной обмотки валогенератора, выполняют на тиристорах, ввиду того, что силовые транзисторы имеют ограничения по максимальным номинальным значениям напряжения и тока. Электромашинный выпрямитель 49 СПЧН 49-50 в зависимости от предъявляемых к нему требований, в частных случаях, может быть собран на диодах, т.е. неуправляемым, если не требуется работы ВГ в двигательном режиме, или тоже на тиристорах, т.е. управляемым, если он должен быть обратимым. Ниже рассматриваем частный случай стабилизированного ВГ 29 с диодным электромашинным выпрямителем 49 в составе СПЧН 49-50, который применяют в случаях работы ВГ 29 только в режиме отбора мощности, когда его сетевой преобразователь 50, будучи включенным в сеть автоматическими выключателями 30 и 57, работает инвертором, ведомым сетью посредством синхронизирующего трансформатора 86.
Посредством тиристорного инвертора 50, ведомого сетью в режиме естественной коммутации его тиристоров, можно преобразовать, как известно, из постоянного тока в переменный только активную энергию стабилизированного ВГ 29, потребляя в данном режиме инвертором из электрической сети реактивную энергию. При этом из-за невысокой частоты переключений тиристоров, тиристорным автономным инвертором 50, как известно, в автономном режиме работы валогенератора формируют выходное напряжение не синусоидальной, а прямоугольной формы с недопустимо высоким содержанием высших гармоник. По этой причине автономный режим сетевого инвертора 50 у валогенераторов с тиристорным СПЧН не применяют. В данном частном случае формирователем синусоидального напряжения в электрической сети, а также источником реактивной энергии для приемников электрической сети и сетевого полупроводникового инвертора 50 СПЧН 49-50 как раз и служит синхронный компенсатор (СК) 87, который подключают параллельно выходным клеммам данного инвертора и задают инвертору 50, как подчеркнуто, режим инвертора, ведомого сетью. СК 87 при этом оборудуют обмоткой 88 возбуждения на роторе (не показано) и снабжают автоматическим регулятором 89 напряжения, питающим обмотку 88 возбуждения.
Потребляя в период работы у ВГ 29 активную энергию холостого хода, синхронный компенсатор 87 вращает с синхронной угловой скоростью свой ротор (не показано) и магнитное поле, создаваемое его обмоткой 88 возбуждения. При этом вращающимся магнитным полем в якорной обмотке СК 87, уложенной на его статоре, наводят ЭДС номинальной частоты, в частности, 50 Гц. За счет этой ЭДС в сети на сборных шинах 5 ГРЩ создают напряжение, которое поддерживают номинальным посредством автоматического регулятора 89 напряжения синхронного компенсатора 87. Одновременно той же самой ЭДС синхронного компенсатора 87 осуществляют естественную коммутацию полупроводниковых вентилей тиристорного инвертора 50, ведомого сетью, с указанной номинальной частотой, преобразуя активную энергию постоянного тока электромашинного выпрямителя 49 в переменный ток электрической сети. Использование синхронного компенсатора 87 является первой отличительная особенность валогенераторной установки в данном частном случае. Второй его особенностью, как замечено выше, является то, что сетевой преобразователь 50 СПЧН работает как инвертор, ведомый сетью, во всех режимах ВГ 29: как в автономном, так и в параллель с резервным дизель-генератором.
При движении судна переменными ходами с частотами вращения гребного вала 2 и ротора стабилизированного ВГ 29, приходящимися на зону «А» рабочего диапазона частот вращения (фиг. 7), электроснабжение судна производят от стабилизированного ВГ 29 (фиг. 6), работающего в автономном режиме в параллель с СК 87 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, которая работает в данный период утилизационным газотурбогенератором. Сигналы текущих нагрузок работающих генераторных агрегатов с выходов ДАТ 31 стабилизированного ВГ 29 и реверсивного датчика 19 мощности БЭМ 8 турбокомпаундной системы наддува главного двигателя 1, приходящие на входы второго 72 и первого 71 сумматоров сигналов нагрузок блока 70 параллельной работы, как и сигнал текущей частоты напряжения электрической сети, измеряемый датчиком 78 действительной частоты, обрабатывают в той же последовательности, что и в разделе 4.1 описания настоящей заявки. В данном, пятом частном случае обработанные сигналы нагрузочного (не показано) и частотного (не показано) каналов блока 70 параллельной работы суммируются на выходе интегратором 80 и посылаются, через переключающие контакты 77.2 и 66.1 промежуточных реле соответственно исполнительного 77 блока 70 параллельной работы и предупредительного 66 электрической приставки 28 ВГ 29, на компаратор 32 сигналов нагрузок той же электрической приставки, с выхода которого сигнал разности направляют через усилитель 33 и блок-контакт (не показано) секционного выключателя 25 на управляющий вход «1» подсистемы 56 независимого полупроводникового выпрямителя-возбудителя 55 данного ВГ 29. Этим сигналом регулируют напряжение и ток возбуждения на выходе данного выпрямителя-возбудителя и в обмотке 54 возбуждения ВГ 29. Этим вызывают изменение выходного напряжения якорной обмотки ВГ 29, ее тока нагрузки и развиваемой валогенератором активной мощности, приводя ее в соответствие с заданной мощностью на входе «2» компаратора 32 сигналов нагрузок его электрической приставки 28.
Тем временем, воздействуя автоматическим регулятором 89 синхронного компенсатора 87 на его обмотку 88 возбуждения, стабилизируют напряжение на сборных шинах 5 ГРЩ.
ср
min
Ввод резервного автономного ДГ (не показано) и БЭМ (не показано) его ТКС наддува на параллельную работу с уже работающими стабилизированным ВГ 29 и БЭМ 8 турбокомпаундной системы 7-8-9 наддува главного двигателя 1 по предупредительным сигналам компараторов 59 сигнала максимальной нагрузки ВГ 29 и 61 сигнала его средней частоты вращения n (фиг. 7) электрической приставки 28 (фиг. 6) производят в той же последовательности, что и в третьем частном случае (раздел 4.1 описания настоящей заявки). А вывод стабилизированного ВГ 29 из параллельной работы по аварийно-предупредительному сигналу компаратора 62 сигнала минимально допустимой частоты вращения n стабилизированного ВГ 29 той же электрической приставки 28 осуществляют в последовательности, описанной в том же, третьем частном случае (раздел 4.1).
Так в пятом частном случае программируют состав генерирующих источников электроэнергии на ходу судна, регулируют напряжение и его частоту в электрической сети, а также распределяют ее активную нагрузку между этими источниками в режиме их параллельной работы.