RU132774U1 - SHIP ELECTRIC POWER PLANT - Google Patents
SHIP ELECTRIC POWER PLANT Download PDFInfo
- Publication number
- RU132774U1 RU132774U1 RU2013115580/11U RU2013115580U RU132774U1 RU 132774 U1 RU132774 U1 RU 132774U1 RU 2013115580/11 U RU2013115580/11 U RU 2013115580/11U RU 2013115580 U RU2013115580 U RU 2013115580U RU 132774 U1 RU132774 U1 RU 132774U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- frequency converter
- main
- power
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
1. Судовая электроэнергетическая установка, содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, гребной электродвигатель, подсоединяемый к гребному винту, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, а также управляемый и обратимый преобразователь частоты, имеющий в своем составе последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера, во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который через дроссель преобразователя соединен с силовым входом управляемого выпрямителя, а информационные выходы упомянутых датчиков соединены с контроллером выпрямителя, в цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к локальному блоку управления, связанному с системой управления установки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит преобразователь частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме упомянутого выше преобразователя частоты, также дополнительно содержит дроссель и фильтр, при1. Marine electric power plant, comprising a main engine connected to the main generator, an additional engine connected to the additional generator, a propeller motor connected to the propeller, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and sensors voltage, as well as a controlled and reversible frequency converter, having in its composition series-connected controlled rectifier and inverter, each of which it is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller, a phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected through the converter choke with the power input of a controlled rectifier, and the information outputs of the above sensors are connected to the rectifier controller, in the circuit between the current sensor a rectifier power circuit and a current sensor of the input power circuit of the inverter has a capacitor storage device for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the installation control system, characterized in that it further comprises a converter frequency, the functional diagram of which is identical to the functional diagram of the above frequency converter, also further comprises a choke and a filter, with
Description
Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам, содержащими полупроводниковые преобразователи частоты и объединенным с системами электродвижения.The utility model relates to shipbuilding, in particular to ship electric power plants containing semiconductor frequency converters and combined with electric propulsion systems.
В качестве преобразователей в установках используются полупроводниковые схемы, обладающие высокими энергетическими показателями и надежностью.Semiconductor circuits having high energy performance and reliability are used as converters in plants.
Так известна аналогичная «Судовая валогенераторная установка» [Патент РФ на полезную модель №119322 от 27.02.2012], обеспечивающая генераторный режим питания судовых электропотребителей и двигательный режим для раздельной или совместной работы с главным двигателем в пропульсивной установке. Судовая валогенераторная установка содержит двигатель приводного вала, механически связанный с автогенератором, который через электрическую цепь, содержащую преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем. Двигатель приводного вала соединен с автогенератором через редуктор, на выходе к автогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты. В упомянутой электрической цепи между автогенератором и преобразователем частоты последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинами судовых электропотребителей. Преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер. К каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров. Между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров. К выходу автогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя. Датчик выходного напряжения, установленный в электрической цепи перед первым автоматическим выключателем, подсоединен к третьему входу контроллера второго выпрямителя, к четвертому входу которого подсоединен выход второго датчика тока, а первый датчик тока подсоединен к четвертому входу контроллера первого выпрямителя. Установка снабжена, также, задатчиком режимов с внешним управлением, подсоединенным к пятым входам обоих контроллеров, при этом между вспомогательным генератором и шинами судовых электропотребителей установлен второй автоматический выключатель.So known is the similar “Ship shaft generator set” [RF Patent for Utility Model No. 119322 of 02.27.2012], which provides a generator power supply mode for ship electrical consumers and a motor mode for separate or joint operation with the main engine in a propulsion system. The ship shaft generator installation comprises a drive shaft motor mechanically coupled to a self-oscillator, which is connected through the electric circuit containing a frequency converter, current and voltage sensors to the tires of ship electrical consumers, to which an auxiliary generator is also connected mechanically connected to the auxiliary engine. The drive shaft motor is connected to the oscillator through a gearbox, at the outlet to the oscillator and the input of which disconnect couplings are installed. In the aforementioned electric circuit, between the oscillator and the frequency converter, a first current sensor and an input choke are connected in series, behind the frequency converter - an output choke, an LC filter, a second current sensor and a first circuit breaker connected to the tires of marine electrical consumers. The frequency converter incorporates on-board electrically reversible first and second vector-controlled rectifiers, each of which has its own controller. To each rectifier on the DC side is connected, respectively, the first and second current sensors of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers. A capacitor bank of a DC link with a voltage sensor is connected between the current sensors of the frequency converter, the output of which is connected to the second inputs of the controllers. An input voltage sensor is connected to the output of the oscillator, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier. An output voltage sensor installed in an electric circuit in front of the first circuit breaker is connected to the third input of the controller of the second rectifier, the fourth input of which is connected to the output of the second current sensor, and the first current sensor is connected to the fourth input of the controller of the first rectifier. The installation is also equipped with a mode dial with external control connected to the fifth inputs of both controllers, and a second circuit breaker is installed between the auxiliary generator and the ship's electrical consumers' tires.
В этой же установке в качестве валогенератора может быть использованы электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов и несколько вспомогательных двигателей, каждый из которых связан с дополнительным генератором.In the same installation, an electric machine with excitation from permanent magnets and several auxiliary engines, each of which is connected with an additional generator, can be used as a shaft generator.
Эта установка имеет следующие недостатки:This installation has the following disadvantages:
- генераторный режим работы валогенераторной установки возможен в ограниченном диапазоне по частоте вращения двигателя приводного вала, механически связанного с гребным винтом;- the generator operating mode of the shaft generator is possible in a limited range of the rotational speed of the drive shaft motor mechanically connected to the propeller;
- двигатель приводного вала с механической передачей энергии на гребной винт работает в широком диапазоне частот вращения с понижением КПД преобразования и передачи энергии;- the drive shaft engine with mechanical energy transfer to the propeller operates in a wide range of rotational speeds with lower efficiency of conversion and energy transfer;
- пониженная надежность установки из-за наличия редуктора.- reduced installation reliability due to the presence of a gearbox.
В качестве прототипа выбрана наиболее близкая «Судовая электроэнергетическая установка» [Патент РФ на полезную модель №124246 от 12.07.2012 г.], содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, который через электрическую цепь, имеющую в своем составе первый автоматический выключатель, главные шины и преобразователь частоты соединен с гребным электродвигателем, подсоединяемым к гребному винту, содержащая также шины питания судовых электропотребителей, соединенные через трансформатор с главными шинами, и содержащая дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, который через второй автоматический выключатель подключен к шинам электропотребителей. В качестве главного генератора и дополнительного генератора использованы трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, снабженные на выходе, соответственно, первым и вторым датчиками тока фаз. Установка также дополнительно имеет систему управления, выполненную с обеспечением возможности подключения к системе управления верхнего уровня. Система управления установки подсоединена к первому и второму датчикам тока фаз, а также к датчику напряжения, установленному на шинах электропотребителей. Преобразователь частоты выполнен управляемым обратимым и содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. С силовым входом управляемого выпрямителя соединен дроссель, подсоединенный другим выводом к датчику напряжения фаз и третьему автоматическому выключателю, который своим другим выводом подключен к главным шинам. Датчик напряжения фаз связан с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к задатчику режимов, который является локальным блоком управления преобразователя частоты и связан с системой управления установки в целом.As the prototype, the closest “Ship electric power installation” was chosen [RF Patent for Utility Model No. 124246 dated July 12, 2012], containing a main engine connected to a main generator, which, through an electric circuit that includes a first circuit breaker, main the tires and the frequency converter is connected to the propeller motor connected to the propeller, which also contains the power supply cables of ship electrical consumers, connected through the transformer to the main tires, and contains a ln engine connected to an additional generator, which is connected to the buses of electric consumers through a second circuit breaker. Three-phase generators with electromagnetic excitation are used as the main generator and additional generator, equipped with the first and second phase current sensors at the output, respectively. The installation also additionally has a control system made with the possibility of connecting to a top-level control system. The control system of the installation is connected to the first and second phase current sensors, as well as to a voltage sensor mounted on the buses of electric consumers. The frequency converter is made controlled reversible and contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller; current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A choke is connected to the power input of the controlled rectifier, connected by another terminal to a phase voltage sensor and a third circuit breaker, which is connected to the main buses by its other terminal. The phase voltage sensor is connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, a DC link capacitor drive is installed, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to the mode dial, which is a local control unit of the frequency converter and is connected with the control system of the installation as a whole.
Недостатками данной установки являются:The disadvantages of this installation are:
- повышенные габариты и масса установки за счет применения в схеме трансформатора;- increased dimensions and weight of the installation due to the use of a transformer in the circuit;
- зависимость величины и качества выходного напряжения трансформатора от величины и качества входного напряжения, а также от величины и гармонического состава тока, потребляемого судовыми электропотребителями.- the dependence of the magnitude and quality of the output voltage of the transformer on the magnitude and quality of the input voltage, as well as on the magnitude and harmonic composition of the current consumed by ship electrical consumers.
- отсутствие возможности регулирования, стабилизации и симметрирования напряжения непосредственно на шинах питания судовых электропотребителей, а так же компенсации реактивной мощности иным способом, кроме как с помощью дополнительного генератора;- the lack of the ability to regulate, stabilize and balance the voltage directly on the power buses of ship electrical consumers, as well as compensation for reactive power in a different way, except with the help of an additional generator;
- отсутствие возможности дополнительного регулирования напряжения на главных шинах за счет изменения частоты вращения при ограничении и постоянстве возбуждения главного генератора.- the lack of the possibility of additional voltage regulation on the main tires due to changes in rotational speed with limitation and constancy of excitation of the main generator.
Кроме того, дополнительным недостатком является то, что применение в качестве источника питания электроэнергетической системы судна главного генератора в виде низкочастотной синхронной машины с электромагнитной системой возбуждения, приводимой во вращение соответствующим низкооборотным главным двигателем, что в совокупности, существенно увеличивает массу и габариты установки, а наличие возбудителя и системы передачи электроэнергии на вращающийся ротор в главном генераторе, снижает надежность и вызывает дополнительные потери.In addition, an additional drawback is that the use of the main generator as a power source for the ship’s electric system in the form of a low-frequency synchronous machine with an electromagnetic excitation system, driven by the corresponding low-speed main engine, which in aggregate significantly increases the weight and dimensions of the installation, and the availability of the pathogen and the system for transmitting electricity to a rotating rotor in the main generator, reduces reliability and causes additional losses.
Задача, решаемая Полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой надежной судовой электроэнергетической установки с расширенными функциональными возможностями.The task solved by the Utility Model is to expand the arsenal of funds and create a new reliable shipboard electric power plant with advanced functionality.
Достигаемый технический результат заключается:The technical result achieved is:
- в снижении габаритов и массы установки за счет исключения из схемы трансформатора;- in reducing the dimensions and weight of the installation due to exclusion from the transformer circuit;
- в повышении КПД и качества электроэнергии за счет стабилизации напряжения в звене постоянного тока, компенсации реактивной составляющей тока во входной и выходной цепях, а так же фильтрации и симметрирования трехфазной системы напряжений преобразователем частоты непосредственно на шинах питания судовых электропотребителей;- to increase the efficiency and quality of electricity by stabilizing the voltage in the DC link, compensating the reactive component of the current in the input and output circuits, as well as filtering and balancing the three-phase voltage system with a frequency converter directly on the power buses of ship electrical consumers;
- в возможности дополнительного регулирования напряжения на главных шинах за счет изменения частоты вращения при ограничении и постоянстве возбуждения главного генератора;- the possibility of additional voltage regulation on the main tires due to changes in the rotational speed with limitation and constancy of excitation of the main generator;
- в возможности дополнительного регулирования напряжения и частоты на шинах питания судовых электропотребителей за счет изменения частоты вращения дополнительного генератора в пределах, определяемых допустимым диапазоном изменения частоты и напряжения питания судовых электропотребителей.- the possibility of additional regulation of the voltage and frequency on the power buses of ship electrical consumers by changing the rotation frequency of the additional generator within the limits determined by the permissible range of changes in the frequency and voltage of the power supply of ship electrical consumers.
Дополнительным результатом является то, что питание электроэнергетической системы судна осуществляется от главного генератора, в качестве которого применена высокооборотная (свыше 6000 об/мин) синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов, приводимая во вращение соответствующим высокооборотным главным двигателем (газотурбинным или паротурбинным двигателем), что приводит к значительному снижению массы и габаритов установки, а отсутствие возбудителя в системе передачи электроэнергии на вращающийся ротор и отсутствие обмоток возбуждения на роторе в главном генераторе повышает надежность и исключает дополнительные потери. Использование в качестве генератора электрической машины с раздельными системами трехфазных обмоток для системы электродвижения и для питания судовых электропотребителей также обеспечит дополнительное повышение надежности, без использования трансформатора для гальванической развязки.An additional result is that the ship’s power system is supplied from the main generator, which uses a high-speed (over 6000 rpm) synchronous machine with permanent magnet excitation, driven by a corresponding high-speed main engine (gas turbine or steam turbine engine), which leads to a significant reduction in the mass and dimensions of the installation, and the absence of a pathogen in the transmission system of electric power to a rotating rotor and the absence of windings excitation on the rotor in the main generator increases reliability and eliminates additional losses. The use of a three-phase winding system as an electric generator with separate systems for the electric propulsion system and for supplying marine electrical consumers will also provide an additional increase in reliability without using a transformer for galvanic isolation.
Возможно применение нескольких дополнительных двигателей, каждый из которых аналогичным образом связан с системой управления установки и со своим дополнительным генератором, соединенным с помощью автоматического выключателя с шинами питания электропотребителей.It is possible to use several additional motors, each of which is similarly connected with the control system of the installation and with its additional generator connected via a circuit breaker to the power supply busbars.
Поставленная задача решается изменением функциональной схемы установки.The problem is solved by changing the functional diagram of the installation.
Судовая электроэнергетическая установка содержит главный двигатель, соединенный с главным генератором, дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, гребной электродвигатель, подсоединяемый к гребному винту, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения. Имеющийся в схеме установки управляемый и обратимый преобразователь частоты содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. Во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который через дроссель преобразователя соединен с силовым входом управляемого выпрямителя. Информационные выходы упомянутых датчиков соединены с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к локальному блоку управления, связанному с системой управления установки. От прототипа установка отличается тем, что дополнительно содержит преобразователь частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме упомянутого выше преобразователя частоты. Установка также дополнительно содержит дроссель и фильтр. Главный генератор через цепь, включающую последовательно соединенные: первый автоматический выключатель, главные шины, второй автоматический выключатель первый преобразователь частоты, дроссель, фильтр, датчик выходного тока фаз первого преобразователя частоты, датчик выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты и третий автоматический выключатель, - соединен с шинами питания судовых электропотребителей, к которым через четвертый автоматический выключатель подсоединен дополнительный генератор. Локальный блок управления первого преобразователя частоты соединен с входами управления второго и третьего автоматических выключателей. Датчик выходного тока фаз и датчик выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты соединены с входами контроллера инвертора этого преобразователя. К главным шинам через цепь, включающую: пятый автоматический выключатель, второй преобразователь частоты, датчик тока фаз второго преобразователя частоты, шестой автоматический выключатель, - подсоединен гребной электродвигатель. Локальный блок управления второго преобразователя частоты соединен с входами управления пятого и шестого автоматических выключателей, а датчик выходного тока фаз второго преобразователя частоты соединен с контроллером инвертора второго преобразователя частоты. Блоки управления главного и дополнительного двигателей соединены с системой управления установки, которая также соединена с датчиками напряжений фаз главных шин и шин питания судовых элекгропотребителей.The marine electric power plant comprises a main engine connected to the main generator, an additional engine connected to the additional generator, a propeller motor connected to the propeller, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and voltage sensors. The controllable and reversible frequency converter available in the installation circuit contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected through the inverter of the converter to the power input of the controlled rectifier. The information outputs of these sensors are connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, there is a capacitor storage unit for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the control system of the unit. The installation differs from the prototype in that it further comprises a frequency converter, the functional diagram of which is identical to the functional diagram of the frequency converter mentioned above. The installation also further comprises a throttle and a filter. The main generator through a circuit including serially connected: the first circuit breaker, main buses, the second circuit breaker, the first frequency converter, a choke, a filter, a phase current sensor of the phases of the first frequency converter, a phase output voltage sensor of the phases of the first frequency converter and a third circuit breaker, is connected to power supply cables for marine electrical consumers, to which an additional generator is connected through the fourth circuit breaker. The local control unit of the first frequency converter is connected to the control inputs of the second and third circuit breakers. The sensor of the output current of the phases and the sensor of the output voltage of the phases of the first frequency converter are connected to the inputs of the inverter controller of this converter. To the main buses through a circuit including: a fifth circuit breaker, a second frequency converter, a phase current sensor of a second frequency converter, a sixth circuit breaker, a propeller motor is connected. The local control unit of the second frequency converter is connected to the control inputs of the fifth and sixth circuit breakers, and the phase current output sensor of the second frequency converter is connected to the inverter controller of the second frequency converter. The control units of the main and auxiliary engines are connected to the control system of the installation, which is also connected to the voltage sensors of the phases of the main buses and power buses of ship electrical consumers.
В качестве главного теплового двигателя предпочтительно применение высокооборотного газотурбинного или паротурбинного двигателя, а в качестве главного генератора и гребного электродвигателя - электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов.As the main heat engine, it is preferable to use a high-speed gas turbine or steam turbine engine, and as the main generator and propeller electric motor - electric machines with excitation from permanent magnets.
Судовая электроэнергетическая установка дополнительно может быть снабжена автоматическими выключателями, обеспечивающими подключение главных шин и шин питания судовых электропотребителей к соответствующим шинам электроэнергетической установки другого борта судна.The ship’s electric power plant can additionally be equipped with circuit breakers, which provide the connection of the main buses and power buses of ship electric consumers to the corresponding tires of the power plant of another side of the vessel.
Более подробно решение раскрыто в приведенном ниже примере реализации, и иллюстрируется Фигурой, на которой представлена функциональная схема установки.The solution is described in more detail in the example implementation below, and is illustrated by the Figure, which shows the functional diagram of the installation.
Судовая электроэнергетическая установка включает в себя главный тепловой двигатель 1, механически связанный с главным генератором 2, который, через электрическую цепь, содержащую первый автоматический выключатель 3, главные шины 4, второй автоматический выключатель 5, первый преобразователь частоты 6, дроссель 7, фильтр 8, датчик 9 выходного тока фаз первого преобразователя частоты и третий автоматический выключатель 10, соединен с шинами 11 питания судовых электропотребителей, к которым также, через четвертый автоматический выключатель 12 подсоединен дополнительный генератор 13, механически связанный с дополнительным двигателем 14. Главный генератор 2 также через электрическую цепь, содержащую: первый автоматический выключатель 3, главные шины 4, пятый автоматический выключатель 15, второй преобразователь частоты 16, датчик 17 выходного тока фаз второго преобразователя частоты и шестой автоматический выключатель 18, - соединен с гребным электродвигателем 19, который механически связан с гребным винтом 20 фиксированного шага.The ship’s electric power plant includes a
Преобразователи частоты 6 и 16 имеют идентичную функциональную схему. Для упрощения восприятия общей схемы установки на Фигуре раскрыто внутреннее устройство только первого преобразователя частоты 6.
Первый преобразователь частоты 6 имеет в своем составе встречно включенные управляемый выпрямитель 21 с векторным управлением и инвертор 22, каждый из которых имеет свой контроллер 23 и 24, соответственно. Выход инвертора является выходом преобразователя частоты.The
К выпрямителю 21 и инвертору 22 на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчики 25 и 26 тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров 23 и 24, соответственно. Между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель 27 звена постоянного тока и датчик 28 напряжения, выход которого подключен ко вторым входам обоих контроллеров 23, 24. Входная силовая цепь преобразователя частоты 6, включающая датчик 29 напряжения фаз, датчик 30 тока фаз и дроссель 31 преобразователя, подключена к входу переменного тока управляемого выпрямителя 21. Сигнальные выходы датчиков 29 и 30 подсоединены, соответственно, к третьему и четвертому входам контроллера 23 управляемого выпрямителя 21.To the
В состав первого преобразователя 6 частоты также входит локальный блок управления 32, который отдельными интерфейсами связан с контроллерами 23 и 24 выпрямителя и инвертора соответственно, а так же с системой управления 33 установки.The
Как отмечено выше, второй преобразователь частоты 16 имеет идентичную функциональную схему.As noted above, the
Локальный блок 32 управления первого преобразователя частоты соединен с входами управления второго и третьего автоматических выключателей 5 и 10, соответственно.The
Сигнальные цепи датчика 9 выходного тока фаз первого преобразователя частоты соединены с третьим входом контроллера 24 инвертора. Аналогично подключены сигнальные цепи датчика 17 выходного тока фаз второго преобразователя частоты.The signal circuit of the sensor 9 of the output current phase of the first frequency converter is connected to the third input of the
Между датчиком 9 тока фаз и третьим автоматическим выключателем 10 установлен датчик 34 выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты. Сигнальный выход датчика 34 соединен с четвертым входом контроллера 24.Between the sensor 9 of the phase current and the
Локальный блок управления второго преобразователя частоты также соединен с системой управления 33 установки.The local control unit of the second frequency converter is also connected to the
Система управления 33 установки через датчики 35 и 36 напряжений фаз, например, встроенные, подключена к главным шинам 4 и шинам 11 питания судовых электропотребителей. Кроме того, система управления 33 установки отдельными интерфейсами связана с блоком управления 37 главного двигателя 1 и с блоком управления 38 дополнительного теплового двигателя 14, а также с системой верхнего уровня и с аналогичной системой управления установки другого борта (на Фигуре не показаны).The
Шины 11 питания судовых электропотребителей установок обоих бортов судна могут быть соединены с помощью седьмого автоматического выключателя 39.
Главные шины 4 установки, при отключении своего главного генератора 2, могут быть соединены для питания от главного генератора установки другого борта, с помощью восьмого автоматического выключателя 40.The main busbars 4 of the installation, when disconnecting its
В качестве главного теплового двигателя 1 может быть использован высокооборотный газотурбинный или паротурбинный двигатель с номинальной частотой вращения свыше 6000 об/мин, а в качестве главного генератора 2 - высокооборотная электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов.As the
Целесообразно применение главного генератора 2 с двумя изолированными трехфазными системами обмоток для раздельного питания шин 11 электропотребителей и гребного электродвигателя 19 через свои преобразователи 6 и 16 частоты.It is advisable to use the
Возможно применение нескольких дополнительных двигателей 14, каждый из которых аналогичным образом связан с системой управления установки 33 и со своим дополнительным генератором 13, соединенным с помощью автоматического выключателя с шинами 11 питания электропотребителей.It is possible to use several
Судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом.Marine electric installation works as follows.
Система управления 33 установки по сигналам системы верхнего уровня, может перевести электроэнергетическую установку в следующие основные режимы работы:The
- режим питания судовых электропотребителей и системы электродвижения;- power supply mode for ship electrical consumers and electric propulsion systems;
- стартерный режим главного теплового двигателя;- starter mode of the main heat engine;
- режим компенсации реактивной мощности на шинах питания судовых электропотребителей;- reactive power compensation mode on power buses of ship electric consumers;
- режим симметрирования по модулю и фазе напряжения на шинах питания судовых электропотребителей.- mode of balancing modulo and phase voltage on the power lines of ship electrical consumers.
В начале работы в режиме питания судовых электропотребителей главный двигатель 1 вращает главный генератор 2 с заданной системой 33, (через блок управления 37) номинальной частотой вращения, который через включенный автоматический выключатель 3, обеспечивает питание главных шин 4.At the beginning of the work in the power supply mode of marine electrical consumers, the
Дополнительные двигатель 14 и дополнительный генератор 13, через включенный четвертый автоматический выключатель 12, обеспечивают электроэнергией шины 11 питания судовых электропотребителей. Система управления 33 установки, с помощью датчиков 35 и 36 напряжений фаз, контролирует амплитуды и частоты выходных напряжений главного и дополнительного генераторов 2 и 13, вычисляет частоты вращения главного двигателя 1 и дополнительного двигателя 14. Через блоки управления 37 и 38 главного и дополнительного двигателей 1 и 14, система управления 33 осуществляет регулирование частот вращения двигателей. Дополнительный генератор 13, например, с электромагнитным возбуждением, имеет встроенную систему возбуждения (на Фигуре не показана), которая регулирует амплитуду выходного напряжения генератора. Амплитуда и частота выходного напряжения главного генератора 2 поддерживается постоянными, а в случае применения генератора с возбуждением от постоянных магнитов - амплитуда поддерживается с помощью изменения его частоты вращения в допустимых для работы преобразователя 6, пределах. При обеспечении этих условий, локальный блок управления 32 включает второй автоматический выключатель 5. В первом преобразователе частоты блок 32 выдает сигналы задания в контроллеры 23 и 24, которые переводят выпрямитель 21 в режим управляемого выпрямления и стабилизации постоянного напряжения на конденсаторном накопителе 27 звена постоянного тока, а инвертор 22 - в режим инвертора, ведомого сетью (напряжением на шинах 11 питания судовых электропотребителей). При обеспечении условий синхронизации по частоте, фазе и амплитуде напряжений на шинах 11 питания судовых электропотребителей и на выходе преобразователя 6 после фильтра 8, измеряемых соответствующими датчиками 36 и 34, третий автоматический выключатель 10 может быть включен. Третий автоматический выключатель 10 включается после точной подстройки первым преобразователем 6 напряжений по частоте, фазе и амплитуде на выходе фильтра 8 для обеспечения «бестоковой» коммутации к шинам 11, находящимся под напряжением дополнительного генератора 13. После включения автоматического выключателя 10 первый преобразователь 6, под контролем тока с помощью датчика 9 тока фаз, принимает нагрузку, задаваемую системой верхнего уровня через систему управления 33 и локальный блок 32.The
Электроэнергия, генерируемая главным генератором 2 передается на шины 11 судовых электропотребителей через преобразователь 6, который работает следующим образом.The electric power generated by the
Выпрямитель 21 в режиме управляемого выпрямления получает питание от главного генератора 2, обеспечивает предварительный заряд конденсаторного накопителя 27 и формирует на своем силовом входе ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону. Таким образом, на противоположных зажимах дросселя 29 формируется две, вращающиеся синхронно, трехфазных системы векторов напряжений: - со стороны выпрямителя 21 с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, а со стороны шин 11, трехфазная система векторов напряжений, генерируемая главным генератором 2.The
В выходной цепи выпрямителя 21, подключенной через датчик тока 25 к конденсаторному накопителю 27, нарастает ток под управлением контроллера 23. Датчик напряжения 28 передает сигнал обратной связи по напряжению на конденсаторном накопителе 27 для регулирования (стабилизации при изменении напряжения на выходе главного генератора 2) контроллером 23 на заданном уровне.In the output circuit of the
Одновременно, во входной цепи выпрямителя 21 нарастают фазные токи, амплитуды и фазы которых определяются векторной суммой напряжений на противоположных зажимах дросселя 31 преобразователя. Значения этих токов, измеряемые датчиком 30 тока в каждой фазе, и напряжений на выходе главного генератора 2, измеряемые датчиком 29 напряжения фаз, передаются в контроллер 23.At the same time, phase currents increase in the input circuit of the
В контроллере 23 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на силовом входе управляемого выпрямителя 21, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений генератора 2, между напряжением генератора 2 и током, потребляемым выпрямителем 21, был заданный угол сдвига. Для компенсации реактивной мощности в цепи главного генератора 2 этот угол должен быть близким к нулю.In the
Постоянное напряжение конденсаторного накопителя 27 инвертором 22, работающим в режиме инвертора, ведомого напряжением на шинах 11, измеряемого датчиком 34, под управлением контроллера 24, преобразуется в ШИМ-напряжение поступающее на выход первого преобразователя 6. ШИМ-напряжение фильтруется дросселем 7 и фильтром 8.The constant voltage of the
По сигналам датчиков 35 и 36 напряжений фаз, системой 33 управления установки, локальным блоком управления 32 и контроллером 24 обеспечиваются условия синхронизации для параллельной работы с включенным в работу дополнительным генератором 11.The signals of the sensors 35 and 36 of the phase voltages, the
После включения автоматического выключателя 10 первый преобразователь 6, под контролем тока с помощью датчика 9 тока фаз, принимает нагрузку, задаваемую системой верхнего уровня через систему управления 33 и локальный блок 32. При этом, между напряжением на шинах 11 судовых электропотребителей и током инвертора 22, управляемого контроллером 24, аналогичным способом, как и при работе управляемого выпрямителя 21, устанавливается заданный угол сдвига.After turning on the
В случае обеспечения электроэнергией шин 11 судовых электропотребителей только от главного генератора 2, при отключении автоматического выключателя 12, инвертор 22 преобразует постоянное напряжение конденсаторного накопителя 27 в переменное напряжение под управлением контроллера 24. При этом обеспечивается обмен энергии между фазами шин 11 питания судовых электропотребителей и конденсаторным накопителем 27 с управлением формой кривой выходного напряжения для устранения ее несинусоидальности при воздействии со стороны нагрузки, т.е. осуществляется активная фильтрация.In the case of providing electric power to the
Шины 11 питания судовых электропотребителей установок обоих бортов для суммирования мощности двух главных генераторов могут быть соединены с помощью автоматического выключателя 39. При этом источники электроэнергии, питающие шины 11 обоих бортов должны быть синхронизированы. Синхронизация и перераспределение мощностей электроустановок осуществляется системами управления 33 и локальным блоком 32 по заданию системы верхнего уровня.
Главные шины 4 установки, при отключении главного генератора 2, могут быть соединены с помощью автоматического выключателя 40 для питания от главного генератора аналогичной электроэнергетической установки другого борта судна. Параллельная работа на шины 4 двух главных генераторов, выполненных на базе электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, не предусмотрена.The main buses 4 of the installation, when the
Режим компенсации реактивной мощности обеспечивается по входной и выходной силовым цепям преобразователя 6. Режим компенсации реактивной мощности, реализуемый инвертором 22 в выходной силовой цепи, аналогичен описанному выше алгоритму работы управляемого выпрямителя 21 во входной цепи. Для компенсации реактивной мощности, генерируемой преобразователем 6, дросселем 7 и фильтром 8 на шины 11 питания судовых электропотребителей, угол сдвига между трехфазными системами векторов напряжений, измеряемых датчиком 34 на шинах 11 питания судовых электропотребителей и векторов токов, измеряемых датчиком 9 в выходной цепи преобразователя 6, должен быть близким к нулю.The reactive power compensation mode is provided by the input and output power circuits of the
Для компенсации реактивной мощности, генерируемой судовыми электропотребителями, трехфазные системы векторов токов выходной цепи преобразователя 6, измеряемые датчиком 9 токов фаз, должны устанавливаться с опережением по фазе трехфазных систем векторов напряжений, измеряемых датчиком 32. Данное опережение определяется и задается системой управления верхнего уровня.To compensate for the reactive power generated by ship electrical consumers, the three-phase current vector systems of the output circuit of the
Режим симметрирования по модулю и фазе векторов трехфазной системы напряжений на шинах 11 питания судовых электропотребителей обеспечивается за счет мощностных ресурсов преобразователя 6, и осуществляется по сигналам датчика 34 напряжения фаз, формированием инвертором 22 компенсирующего воздействия, под управлением контроллера 24. Этот режим может быть реализован по сигналу системы управления верхнего уровня. Как описано выше, инвертор 22, с помощью ШИМ, воспроизводит на зажимах дросселя 7 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающуюся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на шинах 11. В контроллере 24 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на силовом выходе инвертора 22, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений, измеряемых датчиком 34 на шинах 11, между этими напряжениями в соответствующих фазах и токами выходной цепи преобразователя 6, измеряемыми датчиком 9, был заданный угол сдвига. При этом векторы трехфазной системы напряжений выравниваются по модулю с обеспечением взаимного фазового сдвига в 120 электрических градусов.The mode of balancing modulo and phase of the vectors of the three-phase voltage system on the
В стартерном режиме выпрямитель 21 и инвертор 22 по сигналу системы управления верхнего уровня меняются ролями, а дополнительный генератор 13, через замкнутый автоматический выключатель 12, обеспечивает питание шин 11 судовых электропотребителей. Автоматический выключатель 10 - тоже замкнут и через инвертор 20 передается энергия, вырабатываемая дополнительным генератором 13, в конденсаторный накопитель 27 звена постоянного тока с компенсацией реактивной мощности на шинах 11 (по описанному выше алгоритму). Управляемый выпрямитель 21 получает энергию из конденсаторного накопителя 27 и обеспечивает питанием двигательный режим главного генератора 2 с амплитудо-частотным регулированием, который, в свою очередь, приводит в регулируемое по частоте вращение главного теплового двигателя 1.In the starter mode, the
Вращение гребного винта 20 осуществляется по заданию системы верхнего уровня в систему 33 управления установки, которая управляет работой второго преобразователя 16 частоты, питающего статорные обмотки гребного электродвигателя 19 частотно-регулированным напряжением по алгоритму векторного управления электроприводом.The rotation of the
Второй преобразователь 16 частоты, как отмечено выше, по схеме аналогичен первому преобразователю 6, а его алгоритм отличается лишь более широким диапазоном амплитудно-частотного управления гребным электродвигателем 19, с использованием регулирования по току (соответствующему моменту нагрузки) с помощью датчика 17, и по частоте вращения гребного электродвигателя 19 (датчик скорости не показан). Коммутация автоматических выключателей 15 и 18 осуществляется по команде системы верхнего уровня, через систему управления 33 установки, преобразователем 16 частоты (входящим в него локальным блоком управления).The
На Фигуре представлен один дополнительный двигатель 14 и один дополнительный генератор 13 со своим автоматическим выключателем 12. Все вышесказанное справедливо при использовании нескольких подобных цепей, включенных параллельно.The Figure shows one
Таким образом, в предложенной установке обеспечено снижение габаритов и массы установки за счет исключения из схемы трансформатора, повышено качество и расширены функциональные возможности установки за счет замены трансформатора на преобразователь частоты, с возможностью компенсации реактивной мощности на его входе и выходе, стабилизации, фильтрации и симметрирования выходного напряжения установки. Применение в качестве источника питания электроэнергетической системы судна - главного генератора - высокооборотной (свыше 6000 об/мин) синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, приводимой во вращение соответствующим высокооборотным главным двигателем (газотурбинным или паротурбинным двигателям), значительно снижает массу и габариты установки, а отсутствие возбудителя в системе передачи электроэнергии на вращающийся ротор и обмоток возбуждения на роторе, повышает КПД установки, надежность и исключает дополнительные потери энергии и нагрев в генераторе.Thus, in the proposed installation, the overall dimensions and weight of the installation are reduced due to the exclusion of the transformer from the circuit, the quality is improved and the functionality of the installation is expanded by replacing the transformer with a frequency converter, with the possibility of reactive power compensation at its input and output, stabilization, filtering and balancing output voltage of the installation. The use of a synchronous machine with excitation from permanent magnets driven by a corresponding high-speed main engine (gas turbine or steam turbine engines) as a power source for the ship’s electric system — the main generator — significantly reduces the weight and dimensions of the installation, and the absence of the pathogen in the system of electric power transmission to the rotating rotor and field windings on the rotor increases the efficiency of the installation, reliability and eliminates additional sweat Energy and heating in the generator.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013115580/11U RU132774U1 (en) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013115580/11U RU132774U1 (en) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU132774U1 true RU132774U1 (en) | 2013-09-27 |
Family
ID=49254303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013115580/11U RU132774U1 (en) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | SHIP ELECTRIC POWER PLANT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU132774U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560198C1 (en) * | 2014-07-07 | 2015-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Electrical generating plant of ship |
-
2013
- 2013-04-02 RU RU2013115580/11U patent/RU132774U1/en active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560198C1 (en) * | 2014-07-07 | 2015-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Electrical generating plant of ship |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7576443B2 (en) | Method and apparatus for generating electric power | |
CN101304234B (en) | Power converters | |
EP2893606B1 (en) | Connection system for power generation system with dc output | |
RU2436708C1 (en) | Ship electric power generator unit | |
RU2529090C1 (en) | Ship electric power plant | |
AU9736498A (en) | System for supplying electromotive consumers with electric energy | |
CN103956765A (en) | Systems and methods for utilizing an active compensator to augment a diode rectifier | |
US20130181688A1 (en) | System and method for variable speed generation of controlled high-voltage dc power | |
Holmes et al. | Cycloconvertor-excited divided-winding doubly-fed machine as a wind-power convertor | |
CN106936269B (en) | Multi-phase electric machine and method of use | |
CN102420560B (en) | Excitation structure and alternating-current and direct-current excitation control method for frequency-variable alternating-current starting power generation system | |
RU119322U1 (en) | SHIP VALOGENERATORY INSTALLATION | |
RU124246U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
RU2493047C1 (en) | Ship shaft-driven generator | |
WO2015150740A1 (en) | Power generation system | |
RU132774U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
RU2544029C2 (en) | Ship electric power plant | |
US12027940B2 (en) | Rectifier | |
RU2521883C1 (en) | Marine electric power plant | |
RU137014U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
RU150254U1 (en) | DC POWER SUPPLY OF AUTONOMOUS VEHICLE VEHICLE | |
Pan et al. | A series regulated open-winding PM generator based constant voltage, variable frequency AC distribution system | |
RU2683042C1 (en) | Ship electric power installation | |
RU2573576C2 (en) | Dc power supply device for self-contained transport vehicle | |
Koczara et al. | Smart and decoupled power electronic generation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160403 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20170623 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190403 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20210806 |
|
RH9K | Utility model duplicate issue |
Effective date: 20210824 |