ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА АВТОНОМНОГО ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам (ЭЭУ) автономных подвижных объектов с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты преимущественно с дизельными двигателями.
Известны ЭЭУ автономных подвижных объектов, например, судов различного назначения, кораблей [А. С. №1137015, «Современные и перспективные вологенераторные установки», А.В.Григорьев, В.А, Петухов.- СПб, изд. ГМА им. адм. С.О.Макарова, 2009 - 174 с.], включающие главный тепловой двигатель, редуктор, валогенератор с полупроводниковым преобразователем частоты, вспомогательные дизели, соединенные с генераторами переменного тока, главные распределительные шины, от которых получают питание судовые электропотребители.
К недостаткам ЭЭУ следует отнести:
- невозможность обеспечения бесперебойного питания электропотребителей при выходе из строя главного теплового двигателя, редуктора, или валогенератора;
- невозможность ускоренного запуска вспомогательных дизель-генераторов и ввода их на параллельную работу без синхронизирующих устройств, что приводит к увеличению массогабаритных показателей, мощности и стоимости источников постоянного тока.
Известна ЭЭУ автономного подвижного объекта [Патент РФ №2346850], выбранная за прототип.ЭЭУ содержит главный тепловой двигатель, редуктор, валогенератор с полупроводниковым преобразователем частоты, синхронный компенсатор, вспомогательные дизель-генераторы переменного тока соединенные с главными распределительными шинами, от которых получают питание судовые электропотребители.
Недостатком ЭЭУ является::
- невозможность обеспечения бесперебойного питания электропотребителей при выходе из строя главного теплового двигателя, редуктора, или валогенератора без существенных изменений в схеме ЭЭУ;
- невозможность ускоренного приема нагрузки вспомогательными дизель-генераторами и ввода их на параллельную работу без дополнительных блоков.
Задачей является обеспечение бесперебойного питания электропотребителей и снижение массогабаритных показателей, мощности источников постоянного тока.
Для решения поставленной задачи предложена электроэнергетическая установка автономного подвижного объекта, содержащая главный тепловой двигатель, соединенный через редуктор с валогенератором переменного тока, при этом валогенератор связан с входом ППЧ, подключенного к главным распределительным шинам, к ним подключены коммутационными аппаратами статорные обмотки дизель-генераторов переменного тока, синхронный компенсатор, при этом вспомогательные дизели снабжены системами автоматического пуска. К главным распределительным шинам подключены ответственные и второстепенные электропотребители с устройством автоматического отключения/включения. В ЭЭУ дополнительно введены источник постоянного тока, электронный ключ со схемой управления, датчик напряжения, три измерительных компаратора, два блока приема нагрузки генераторов, два функциональных преобразователя, датчики оборотов вспомогательных дизель-генераторов. ППЧ выполнен по схеме выпрямитель - шины постоянного тока - ведомый инвертор. Источник постоянного тока соединен с шинами постоянного тока и входом ведомого инвертора через электронный ключ, вход датчика напряжения подключен к выходу выпрямителя, а выход - ко входу первого измерительного компаратора, выход которого связан со схемой управления электронным ключом, устройством автоматического отключения (включения) второстепенных электропотребителей и системами автоматического пуска вспомогательных дизель-генераторов, а блоки приема нагрузки выполнены в виде выпрямителя, связанного электронным ключом с ведомым инвертором с системами управления, и соединены со статорными обмотками генераторов и главными распределительными шинами, а датчики оборотов вспомогательных дизелей соединены, соответственно, со вторым и третьим компараторами, выходы которых связаны с входами схем управления электронными ключами блоков приема нагрузки и с входами первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых подключены, соответственно к системам управления ведомых инверторов блоков приема нагрузки.
ЭЭУ содержит главный тепловой двигатель 1, редуктор 2, валогенератор переменного тока 3, выпрямитель 4, датчик напряжения 5, шины постоянного тока 6, ведомый инвертор 7, главные распределительные шины 8, первый компаратор 9, схему управления 10 электронного ключа 11, источник постоянного тока 12, системы автоматического пуска 13, 15 вспомогательных дизель-генераторов 14, 16, статорные обмотки генераторов переменного тока 17, 18, датчики оборотов 19, 20, второй компаратор 21, первый функциональный преобразователь 22, выпрямитель 23, схему управления 24 электронного ключа 25, систему управления 26 ведомого инвертора 27, первый блок приема нагрузки 28, третий компаратор 29, второй функциональный преобразователь 30, выпрямитель 31, схему управления 32 электронного ключа 33, систему управления 34 ведомого инвертора 35, второй блок приема нагрузки 36, ответственные 37 и второстепенные 38 электропотребители, устройство включения/отключения 39, коммутационные аппараты 40, 41, синхронный компенсатор 42 (фиг.1).
Главный тепловой двигатель 1, соединенный через редуктор 2 с валогенератором переменного тока 3, при этом валогенератор 3 через выпрямитель 4 соединен шинами постоянного тока 6 с ведомым инвертором 7, который подключен к главным распределительным шинам 8. Источник постоянного тока 12 соединен через электронный ключ 11 со схемой управления 10 с шинами постоянного тока 6. Вход датчика напряжения 5 подключен к выходу выпрямителя 4, а его выход - к входу первого компаратора 9, выход которого связан со схемой управления 10 электронного ключа 11, системами автоматического пуска 13, 15 вспомогательных дизель-генераторов 14, 16 и с устройством автоматического отключения/включения 39 второстепенных электропотребителей 38. К главным распределительным шинам 8 подключены синхронный компенсатор 42, статорные обмотки генераторов переменного тока 17 и 18, при этом статорные обмотки связаны с главными распределительными шинами 8, соответственно, через первый и второй блоки приема нагрузки 28, 36 и коммутационные аппараты 40 и 41. Первый блок приема нагрузки 28 выполнен в виде выпрямителя 23, соединенного электронным ключом 25 со схемой управления 24 с ведомым инвертором 27 с системой управления 26. Второй блок приема нагрузки 36 выполнен в виде выпрямителя 31, соединенного электронным ключом 33 со схемой управления 32 с ведомым инвертором 35 с системой управления 34. Датчик оборотов 19 вспомогательного дизель-генератора 14 соединен со вторым 21 компаратором, выход которого связан со схемой управления 24 электронного ключа 25 первого блока приема нагрузки 28, с входом первого 22 функционального преобразователя, выход которого подключен к системе управления 26 ведомого инвертора 27 первого блока приема нагрузки 28, датчик оборотов 20 вспомогательного дизель-генератора 16 соединен с третьим 29 компаратором, выход которого связан со схемой управления 32 электронного ключа 33 второго блока приема нагрузки 36, с входом второго 30 функционального преобразователя, выход которого подключен к системе управления 34 ведомого инвертора 35 второго блока приема нагрузки 36.
Устройство бесперебойного питания электропотребителей ЭЭУ автономного подвижного объекта с валогенератором и полупроводниковым преобразователем частоты работает следующим образом. В ходовом режиме осуществляется отбор мощности от главного теплового двигателя 1 с редуктором 2 (или без редуктора) и электропотребители 37, 38 автономного подвижного объекта получают питание от валогенератора переменного тока 3 через выпрямитель 4 шины постоянного тока 6, ведомый инвертор 7. Вспомогательные дизели 14, 16 не работают, а синхронный компенсатор 42 обеспечивает выработку реактивной мощности, необходимой для работы ведомого инвертора 7 и электропотребителей 37, 38. В случае выхода из строя главного теплового двигателя 1, редуктора 2, или валогенератора 3 напряжение на выходе выпрямителя 4 падает так как частота вращения валогенератора 3 уменьшается (в критических случаях до нуля), от датчика напряжения 5 поступает действительное значение напряжения на выходе выпрямителя 4 на вход первого компаратора 9, компаратор сравнивает заданное и действительное значение напряжений на выходе выпрямителя 4 и подает сигнал на схему управления 10 электронным ключом 11, на системы автоматического пуска 13 и 15, соответственно, вспомогательных дизелей-генераторов 14 и 16 и на устройства автоматического отключения/ включения 39 второстепенных элекропотребителей 38 (при достаточной мощности источника питания постоянного тока не отключаются). Источник постоянного тока 12 электронным ключом 11 подключается к шинам постоянного тока 6 и ко входу ведомого инвертора 7, который подключен к главным распределительным шинам 8 и судовые электропотребители 37, 38 безразрывно получают питание. Одновременно системы автоматического пуска 13, 15 запускают вспомогательные дизели 14, 16. При достижении ими 0,7-0,8 номинальной частоты вращения от датчиков частоты вращения 19 и 20 поступают сигналы, соответственно, на второй 21 и третий 29 компараторы, выходы которых связаны со схемами управления 24 и 32 электронных ключей 25 и 33 блоков приема нагрузки 28 и 36 и с входами первого 22 и второго 30 функциональных преобразователей, выходы которых подключены к системам управления 26 и 34 ведомых инверторов 27 и 35 блоков приема нагрузки 28 и 36, соответственно. Выпрямители 23 и 31 электронными ключами 25 и 33 по сигналу от компараторов 21 и 29 поступающих на схемы управления 24 и 32 электронных ключей подключаются к ведомым инверторам 27 и 35, которые соединены с главными распределительными шинами 8. Блоки приема нагрузки 28 и 36 готовы к приему нагрузки, при этом коммутационные аппараты 40 и 41 отключены. Управляемый (плавный) режим приема нагрузки осуществляется путем регулирования угла открытия тиристоров ведомых инверторов 27 и 35 с помощью функциональных преобразователей 22 и 30, соответственно, выходной сигнал которых через системы управления 26 и 34 определяет величину углов открытия тиристоров и тока нагрузки ведомых инверторов 27 и 35. Вспомогательные дизель-генераторы 17, 18 принимают нагрузку, а источники постоянного тока 12 отключаются от шин постоянного тока 6 электронным ключом 11. Следует отметить, что при наличии в схеме ЭЭУ блоков нагрузки дизель-генераторы могут работать при малых нагрузках на пониженных частотах вращения.
Поставленная задача достигается за счет использования статических безинерционных источников постоянного тока, например, аккумуляторных батарей, топливных элементов и т.д., и применение полностью управляемого электронного ключа. Снижение массогабаритных показателей, мощности и стоимости источников постоянного тока достигается сокращением времени их работы благодаря разгону вспомогательных дизель-генераторов до 0.7-0.8 номинальных оборотов и ускоренному приему нагрузки вспомогательными дизель-генераторами, а также подключения их на параллельную работу без синхронизирующих устройств.