RU185666U1 - MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM - Google Patents

MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU185666U1
RU185666U1 RU2018133291U RU2018133291U RU185666U1 RU 185666 U1 RU185666 U1 RU 185666U1 RU 2018133291 U RU2018133291 U RU 2018133291U RU 2018133291 U RU2018133291 U RU 2018133291U RU 185666 U1 RU185666 U1 RU 185666U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
electric
phase
electric propulsion
systems
Prior art date
Application number
RU2018133291U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Коптяев
Евгений Николаевич Попков
Original Assignee
Евгений Николаевич Коптяев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Николаевич Коптяев filed Critical Евгений Николаевич Коптяев
Priority to RU2018133291U priority Critical patent/RU185666U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU185666U1 publication Critical patent/RU185666U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области судовых движителей и может быть использована в составе электроэнергетических систем крупных судов с силовыми генераторами переменного тока.Использование электродвижения судов и применение гребных рулевых колонок с электродвигателями является мировой тенденцией, особенно при разработке морских судов вновь проектируемых серий. Существуют главные и вспомогательные системы электродвижения, которые отличаются своей мощностью. Системы электродвижения, используемые для основного хода судна, работают в длительном режиме и имеют мощность, соизмеримую со всей электроэнергетической системой. Вспомогательные (подруливающие) системы электродвижения имеют меньшую мощность, однако абсолютное ее значение может быть также велико.Известным их уровня техники системам электродвижения свойственен ряд недостатков: промежуточное преобразование (потери мощности), низкое качество напряжений и токов (излучение помех, сбои систем автоматики), наличие в системе силовых трансформаторов (рост себестоимости всей установки). Большинство систем электродвижения имеет в своем составе преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией, поэтому для сглаживания и фильтрации токов и напряжений применяют разного рода фильтры - что ведет к росту габаритов и себестоимости.Предлагаемая система не имеет перечисленных выше недостатков. За счет использования шестифазного гребного электродвигателя, питаемого от двухканального непосредственного преобразователя частоты, реализована интеграция системы электродвижения и судового источника электроэнергии, что позволило снизить массу и себестоимость установки. По сравнению с основным прототипом предлагаемая система электродвижения позволяет увеличить число фаз гребного электродвигателя без увеличения числа полупроводниковых ключей в коммутаторе.The utility model relates to the field of ship propulsion and can be used as part of the electric power systems of large vessels with AC power generators. The use of electric ships and the use of propeller steering columns with electric motors is a global trend, especially when developing marine vessels of newly designed series. There are main and auxiliary electric propulsion systems, which are distinguished by their power. The electric propulsion systems used for the main course of the vessel operate in a continuous mode and have power commensurate with the entire electric power system. Auxiliary (thrusters) electric propulsion systems have less power, but its absolute value can also be great. Known to their prior art electric propulsion systems have a number of disadvantages: intermediate conversion (power loss), low quality of voltages and currents (interference radiation, failures of automation systems), the presence of power transformers in the system (increase in the cost of the entire installation). Most electric propulsion systems incorporate a frequency converter with pulse-width modulation, therefore, different types of filters are used to smooth and filter currents and voltages - which leads to an increase in size and cost. The proposed system does not have the above disadvantages. Due to the use of a six-phase propeller motor powered by a two-channel direct frequency converter, the integration of an electric propulsion system and a ship's electric power source has been implemented, which has reduced the weight and cost of installation. Compared with the main prototype, the proposed electric propulsion system allows you to increase the number of phases of the propeller motor without increasing the number of semiconductor switches in the switch.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к области судовых движителей и может быть использована в системах электродвижения судов с силовой сетью переменного тока.The technical field to which the utility model belongs. The utility model relates to the field of ship propulsion and can be used in electric propulsion systems of ships with AC power.

Уровень техники. Из уровня техники известна система электродвижения судов [патент РФ на полезную модель №157368], содержащая два источника трехфазного напряжения, два согласующих трансформатора, двухканальный преобразователь частоты, гребной шестифазный асинхронный электродвигатель, при этом между источниками напряжения введена отключаемая перемычка, а каждый трансформатор имеет 6 вторичных многофазных обмоток, подключаемых к преобразователю частоты. Каждый канал преобразователя частоты имеет трехфазный выход и оснащается тремя комплектами из двух последовательно соединенных реверсивных мостов. Упомянутые комплекты реверсивных мостов каждого канала соединяются в звезду, образуя трехфазную систему напряжений, а выходы каналов преобразователя частоты через выключатели подключены к статорной обмотке шестифазного гребного электродвигателя.The level of technology. A ship electric propulsion system is known from the prior art [RF patent for utility model No. 157368], which contains two three-phase voltage sources, two matching transformers, a two-channel frequency converter, a six-phase asynchronous rowing electric motor, and a disconnected jumper is introduced between the voltage sources, and each transformer has 6 secondary multiphase windings connected to the frequency converter. Each channel of the frequency converter has a three-phase output and is equipped with three sets of two series-connected reversible bridges. The mentioned sets of reversible bridges of each channel are connected to a star, forming a three-phase voltage system, and the outputs of the channels of the frequency converter through the switches are connected to the stator winding of a six-phase propeller motor.

К недостаткам такого решения относится использование трансформаторов для согласования уровней выходных напряжений каналов непосредственного преобразователя частоты, что приводит к значительному увеличению стоимости всей установки в целом, а также увеличению эксплуатационных потерь по причине снижения коэффициента полезного действия. Также к недостаткам относится значительное количество силовых полупроводниковых ключей, что ведет к увеличению себестоимости, и снижению надежности работы всей системы в целом.The disadvantages of this solution include the use of transformers to match the output voltage levels of the channels of the direct frequency converter, which leads to a significant increase in the cost of the entire installation as a whole, as well as an increase in operational losses due to a decrease in the efficiency. The disadvantages include a significant number of power semiconductor switches, which leads to an increase in cost, and a decrease in the reliability of the entire system.

Из уровня техники также известна система электродвижения судов [патент РФ на полезную модель №181202], содержащая источник с двумя трехфазными обмотками, два реверсивных полупроводниковых коммутатора, гребной трехфазный электродвигатель переменного тока. Реверсивные полупроводниковые коммутаторы включаются последовательно с питающими трехфазными обмотками, чередуясь с ними. Начало первой из трехфазных обмоток собирается в общую точку (то есть нейтраль обмотки), вторая трехфазная обмотка выполняется разомкнутой и включена последовательно в цепи между полупроводниковыми коммутаторами. Выход второго полупроводникового коммутатора подключается к двигателю.The ship electric propulsion system is also known from the prior art [RF patent for utility model No. 181202], comprising a source with two three-phase windings, two reversing semiconductor switches, a three-phase AC electric propeller. Reversible semiconductor switches are connected in series with three-phase supply windings, alternating with them. The beginning of the first of the three-phase windings is going to a common point (that is, the neutral of the winding), the second three-phase winding is open and connected in series in the circuit between the semiconductor switches. The output of the second semiconductor switch is connected to the motor.

К недостаткам такого решения относится использование значительного числа ключей (транзисторов) в полупроводниковых коммутаторах, что ведет к увеличению себестоимости установки, и росту стоимости эксплуатации по причине снижения надежности. Формируемое напряжение позволяет питать только трехфазный гребной электродвигатель, для получения шестифазного напряжения необходимо два канала преобразования частоты, что удваивает число ключей (транзисторов) в полупроводниковых коммутаторах и ведет к соответствующему росту габаритов и себестоимости.The disadvantages of this solution include the use of a significant number of keys (transistors) in semiconductor switches, which leads to an increase in the cost of installation, and an increase in the cost of operation due to a decrease in reliability. The generated voltage allows you to power only a three-phase propeller motor, to obtain a six-phase voltage, two frequency conversion channels are necessary, which doubles the number of keys (transistors) in semiconductor switches and leads to a corresponding increase in size and cost.

Данное техническое решение является наиболее близким по своей технической сущности прототипом.This technical solution is the closest prototype in its technical essence.

Раскрытие полезной модели. Первое применение систем электродвижения судов практически совпало с появлением электричества на судах. В начале 20 века, с развитием техники, увеличивалась насыщенность судов электрооборудованием, росла мощность судовых источников электроэнергии (генераторов), что дало предпосылки развитию систем электродвижения. В дальнейшем, произошло совершенствование оборудования и систем автоматики судовых электроэнергетических систем, сопровождаемое увеличением числа потребителем. Появление атомных энергетических установок, например на ледоколах, открыло новые перспективы для развития систем электродвижения судов.Disclosure of a utility model. The first use of ship electric propulsion systems almost coincided with the appearance of electricity on ships. At the beginning of the 20th century, with the development of technology, the saturation of ships with electrical equipment increased, the power of ship's electric power sources (generators) increased, which gave rise to the development of electric propulsion systems. In the future, there was an improvement in the equipment and automation systems of ship electric power systems, accompanied by an increase in the number of consumers. The advent of nuclear power plants, for example, on icebreakers, has opened up new prospects for the development of ship electric propulsion systems.

В настоящее время мировой тенденцией является использование систем электродвижения переменного тока - как на кораблях, так и на гражданских судах, например атомных ледоколах. Изменение оборотов гребного электродвигателя в системах электродвижения переменного тока реализуется за счет регулирования частоты статических преобразователей частоты, входящих в состав гребной установки. Системы электродвижения с двигателями постоянного тока имеют несколько большие габариты по длине, и меньший ресурс из-за щеточного аппарата на коллекторе. Последнее делает затруднительным создание особо мощных гребных приводов постоянного тока, особенно в погружном исполнении.Currently, the global trend is the use of alternating current electric propulsion systems - both on ships and on civilian vessels, such as atomic icebreakers. The change in the speed of the propeller motor in alternating current electric motor systems is realized by regulating the frequency of the static frequency converters included in the propulsion system. Electric propulsion systems with DC motors have slightly larger dimensions along the length, and less resource due to the brush apparatus on the collector. The latter makes it difficult to create particularly powerful DC propeller drives, especially in submersible design.

Наиболее распространенным типом являются преобразователи частоты с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Более высокая по сравнению с классическими преобразователями частота коммутации полупроводниковых ключей вызывает повышенный нагрев и снижает долговечность модулей, а разрыв тока при коммутации требует защитных снабберных цепей для гашения коммутационных выбросов [1]. Одним из путей повышения качества ШИМ является применение многоуровневых преобразователей, в которых тем или иным способом достигается разделение напряжения питания на несколько уровней, что позволяет приблизить форму выходного напряжения к синусоиде и улучшить его гармонический состав [1, 2, 3]. Для этого используют высоковольтные конденсаторы большой емкости, что ведет к ухудшению габаритов преобразователя и снижения его надежности. Повышение частоты коммутации полупроводниковых ключей ведет к ухудшению электромагнитной совместимости.The most common type are pulse width modulated (PWM) frequency converters. A higher switching frequency of semiconductor switches than classical converters causes increased heating and reduces the durability of the modules, and the current break during switching requires protective snubber circuits to suppress switching emissions [1]. One of the ways to improve PWM quality is the use of multilevel converters, in which one way or another, the separation of the supply voltage into several levels is achieved, which allows you to approximate the shape of the output voltage to a sinusoid and improve its harmonic composition [1, 2, 3]. For this, high-voltage capacitors of large capacity are used, which leads to a deterioration in the dimensions of the converter and a decrease in its reliability. Increasing the switching frequency of semiconductor switches leads to a deterioration in electromagnetic compatibility.

Таким образом, главной технической проблемой современной судовой преобразовательной техники можно признать процесс коммутации тока, и как ее следствие - наличие коммутационных выбросов и низкая степень синусоидальности формы выходного напряжения.Thus, the main technical problem of modern marine converting technology can be recognized as the process of switching current, and as a consequence of it - the presence of switching surges and a low degree of sinusoidal shape of the output voltage.

Как правило, в используемых на судах статических преобразователях для гребных установок, трансформаторы применяются главным образом для согласования напряжения питающей сети с напряжением на выходе преобразователя [2]. В мощных статических преобразователях частоты, чаще всего, используется звено постоянного тока, получаемое выпрямлением переменного напряжения сети, а для гальванической развязки и согласования напряжения используется силовой трансформатор.As a rule, in the static converters used on ships for rowing installations, transformers are mainly used for matching the supply voltage with the voltage at the converter output [2]. In powerful static frequency converters, most often, a DC link is used, obtained by rectifying an alternating voltage of the network, and a power transformer is used for galvanic isolation and voltage matching.

Также существует класс преобразователей переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты [1, 2]. Подобные устройства преобразования частоты без промежуточного звена постоянного тока получили название преобразователей с непосредственной связью (непосредственных преобразователей частоты, или НПЧ).There is also a class of converters of alternating voltage of one frequency to alternating voltage of another frequency [1, 2]. Such frequency conversion devices without an intermediate DC link are called direct-coupled converters (direct frequency converters, or NPFs).

Основу любого НПЧ составляет реверсивный коммутатор (трехфазный мост), подключенный к источнику переменного напряжения и нагрузке [1, 2]. Трехфазный электропривод с непосредственным преобразованием частоты изображен на фигуре 1, и образуется соединением выходов трех реверсивных мостов (которые известны из уровня техники и подробно описаны в учебной литературе по преобразовательной технике). Показанная на фигуре 1 схема электропривода с преобразователем НПЧ имеет большое число полупроводниковых ключей, и повышенную себестоимость из-за необходимости использовать силовые трансформаторы для гальванической развязки каждой фазы.The basis of any LFN is a reversible switch (three-phase bridge) connected to an AC voltage source and load [1, 2]. A three-phase electric drive with direct frequency conversion is shown in figure 1, and is formed by connecting the outputs of three reversible bridges (which are known from the prior art and are described in detail in the educational literature on converter technology). Shown in figure 1, the drive circuit with the converter LPC has a large number of semiconductor switches, and increased cost due to the need to use power transformers for galvanic isolation of each phase.

Непосредственное преобразование можно охарактеризовать как случай кусочно-синусоидальной модуляции выходного напряжения, поскольку выходное напряжение формируется из фрагментов синусоиды с частотой питающей сети [4, 5]. При этом на выходе преобразователя в любой момент возможно получение фрагментов как спадающего, так и возрастающего фронта синусоиды, что объясняется симметричным сдвигом напряжений между фазами питающей сети.Direct conversion can be described as the case of piecewise sinusoidal modulation of the output voltage, since the output voltage is formed from fragments of a sinusoid with a frequency of the supply network [4, 5]. Moreover, at the output of the converter, it is possible at any time to obtain fragments of both a decreasing and increasing front of the sinusoid, which is explained by a symmetrical shift in voltage between the phases of the supply network.

Существует несколько алгоритмов формирования выходного напряжения НПЧ, изображенных на фигуре 2 и фигуре 3. Показанный на фигуре 2 вариант имеет большие гармонические искажения, и используется преимущественно в преобразователях с тиристорами. На фигуре 3 показано формирование выходного напряжения, состоящего из аналогичных фрагментов питающего напряжения, так что восходящий фронт состоит из восходящих фрагментов, а нисходящий фронт - из нисходящих фрагментов. Это обеспечивает лучшее качество выходного напряжения.There are several algorithms for generating the output voltage of the NPF, shown in figure 2 and figure 3. The option shown in figure 2 has large harmonic distortion, and is used mainly in converters with thyristors. The figure 3 shows the formation of the output voltage, consisting of similar fragments of the supply voltage, so that the ascending front consists of ascending fragments, and the descending front of the descending fragments. This provides the best quality output voltage.

Из уровня техники известен способ преобразования частоты [6], так что выходное напряжение формируется из суммы обратных фрагментов двух каналов напряжения, в результате чего формируется сглаженная синусоидальная функция, как это показано на фигуре 4. Данный вариант характеризуется наилучшим приближением формы выходного напряжения преобразователя к синусоидальной, и позволяет реализовать естественную коммутацию тока. Реализация алгоритма возможна при использовании полупроводниковых коммутаторов с полностью управляемыми ключами (например, IGBT транзисторами).The prior art method of frequency conversion [6], so that the output voltage is formed from the sum of the inverse fragments of the two voltage channels, resulting in a smoothed sinusoidal function, as shown in figure 4. This option is characterized by the best approximation of the shape of the output voltage of the Converter to a sinusoidal , and allows you to implement natural switching current. The implementation of the algorithm is possible using semiconductor switches with fully controllable keys (for example, IGBT transistors).

В результате суммирования напряжений двух последовательно соединенных реверсивных мостов, формируется гладкая выходная функция без разрывов, и коммутация вентилей происходит в моменты равенства ЭДС, что соответствует естественной коммутации без разрыва кривой тока.As a result of summing the voltages of two series-connected reversible bridges, a smooth output function is formed without gaps, and the switching of the valves occurs at the moments of equality of the EMF, which corresponds to natural switching without breaking the current curve.

Такое преобразование требует большого числа полупроводниковых ключей, как это показано на фигуре 5. На фигуре 6 показана принципиальная схема одной фазы двухканального непосредственного преобразователя частоты [8]. Для питания трехфазной нагрузки на выходе в такой схеме требуется коммутатор с 72 полупроводниковыми ключами. Подобное двухканальное непосредственное преобразование частоты описано в [6].Such a conversion requires a large number of semiconductor switches, as shown in Figure 5. Figure 6 shows a circuit diagram of one phase of a two-channel direct frequency converter [8]. To supply a three-phase output load in such a circuit, a switch with 72 semiconductor switches is required. A similar two-channel direct frequency conversion is described in [6].

Для получения трехфазного выходного напряжения используется три пары последовательно соединенных реверсивных трехфазных мостов, при этом каждый мост получает питание от отдельной трехфазной вторичной обмотки силового трансформатора, каждая фаза выходного напряжения получается последовательным соединением двух мостов - как изображено на фигуре 6. Комплекты реверсивных мостов соединяются по схеме "звезда", образуя трехфазную систему напряжений.To obtain a three-phase output voltage, three pairs of serially connected reversible three-phase bridges are used, each bridge receiving power from a separate three-phase secondary winding of the power transformer, each phase of the output voltage is obtained by connecting two bridges in series - as shown in figure 6. The sets of reversing bridges are connected according to the scheme "star", forming a three-phase system of voltages.

Недостатком является значительная громоздкость, очевидно большое количество полупроводниковых ключей, и использование силовых трансформаторов большой мощности, что повышает себестоимость системы. Для реализации требуется 144 полупроводниковых ключа (IGBT транзистора) в случае питания шестифазного электродвигателя. Подобная система технически реализуема, однако является громоздкой.The disadvantage is considerable bulkiness, obviously a large number of semiconductor switches, and the use of high-power power transformers, which increases the cost of the system. For implementation, 144 semiconductor switches (IGBTs) are required in the case of a six-phase electric motor. Such a system is technically feasible, but is cumbersome.

В системе электродвижения, выбранной за основной прототип [7], использован полупроводниковый коммутатор, показанный на фигуре 7. Как видно из принципиальной схемы, подобный полупроводниковый коммутатор позволяет преобразовать трехфазное входное напряжение в трехфазное выходное напряжение. Преимущество такой системы электродвижения в уменьшении количества полупроводниковых ключей (IGBT транзисторов).In the electromotor system selected for the main prototype [7], a semiconductor switch is used, shown in figure 7. As can be seen from the circuit diagram, such a semiconductor switch allows you to convert a three-phase input voltage to a three-phase output voltage. The advantage of such an electromotive system is in reducing the number of semiconductor switches (IGBTs).

На фигуре 8 изображена схема системы электродвижения, выбранной за основной прототип. Здесь питание системы электродвижения осуществляется от обмоток генератора, а полупроводниковые коммутаторы объединены с ним. В таком случае преобразователь и судовой источник электроэнергии (генератор) образуют неразрывно связанную систему электродвижения, с интегрированным непосредственным преобразованием частоты.The figure 8 shows a diagram of an electric propulsion system selected for the main prototype. Here, the electric propulsion system is powered by the generator windings, and semiconductor switches are combined with it. In this case, the converter and the ship's electric power source (generator) form an inextricably linked electric propulsion system, with integrated direct frequency conversion.

Главное преимущество основного прототипа - уменьшение числа полупроводниковых ключей, которое путем последовательного включения коммутаторов и обмоток снижается до 36 IGBT транзисторов для случая трехфазного электродвигателя.The main advantage of the main prototype is the reduction in the number of semiconductor switches, which by switching the switches and windings in series is reduced to 36 IGBT transistors for the case of a three-phase electric motor.

Снижение числа полупроводниковых ключей обусловлено следующим. В известном ранее решении [8], применены трехфазные реверсивные коммутаторы (мосты), каждый из которых формирует однофазное напряжения. Напряжения включенных последовательно упомянутых коммутаторов суммируются, формируя выходное напряжение одной фазы. Получение трехфазной системы в таком случае требует включения по схеме "звезда" трех пар коммутаторов. Это и является причиной столь большого числа ключей (72 транзистора для трехфазного выхода и 144 транзистора для шестифазного выхода).The decrease in the number of semiconductor switches is due to the following. In the previously known solution [8], three-phase reversible switches (bridges) were used, each of which forms a single-phase voltage. The voltages of the switches included in series are summed, forming the output voltage of one phase. Obtaining a three-phase system in this case requires the inclusion of three pairs of switches according to the star scheme. This is the reason for such a large number of keys (72 transistors for a three-phase output and 144 transistors for a six-phase output).

В изображенном на фигуре 8 решении, производится перекоммутация напряжений фазных обмоток, что исключает промежуточное преобразование в однофазное напряжение. На фигуре 9 изображена функциональная схема системы электродвижения с таким коммутатором. Здесь судовой источник (генератор) имеет две трехфазные обмотки, первая из которых началом своих фазных обмоток замыкается в общую точку, а концами упомянутых обмоток подключается к входу первого реверсивного полупроводникового коммутатора. Вторая трехфазная обмотка выполняется разомкнутой без общей точки, начала ее фазных обмоток подключаются к выходу первого реверсивного полупроводникового коммутатора, а концы упомянутых фазных обмоток подключаются к входу второго реверсивного коммутатора. Выход второго реверсивного коммутатора подключается к электродвигателю переменного тока.In the solution depicted in FIG. 8, the switching of the voltage of the phase windings is performed, which eliminates the intermediate conversion into a single-phase voltage. The figure 9 shows a functional diagram of an electric propulsion system with such a switch. Here, the ship's source (generator) has two three-phase windings, the first of which closes to a common point by the beginning of its phase windings, and connects to the input of the first reversing semiconductor switch with the ends of the mentioned windings. The second three-phase winding is open without a common point, the beginning of its phase windings are connected to the output of the first reversing semiconductor switch, and the ends of the phase windings are connected to the input of the second reversing switch. The output of the second reversing switch is connected to an AC motor.

Такое решение является основным прототипом. Двукратное снижение числа полупроводниковых ключей является существенным преимуществом, одновременно решается задача уменьшения массы и габаритов - и как следствие, себестоимости всей установки, а также повышения надежности.This solution is the main prototype. A twofold reduction in the number of semiconductor switches is a significant advantage; at the same time, the task of reducing weight and dimensions is solved, and as a result, the cost of the entire installation, as well as improving reliability.

К недостаткам можно отнести наличие разомкнутой трехфазной обмотки, использование которой для питания судовой сети переменного тока невозможно. Также недостатком можно назвать необходимость двух каналов преобразования для питания шестифазного электродвигателя.The disadvantages include the presence of an open three-phase winding, the use of which to power the ship's AC network is impossible. Another disadvantage is the need for two conversion channels to power a six-phase electric motor.

Перечисленных недостатков лишена изображенная на фигуре 10 система электродвижения, позволяющая питать шестифазный электродвигатель при использовании всего двух полупроводниковых коммутаторов. Предлагаемое решение использует соединение двух трехфазных обмоток на генераторе в общую для них нейтраль, что позволяет реализовать симметричную схему преобразования для питания шестифазного электродвигателя.The listed drawbacks are deprived of the electric motor system depicted in figure 10, which makes it possible to power a six-phase electric motor when using only two semiconductor switches. The proposed solution uses the connection of two three-phase windings on the generator into a common neutral for them, which allows you to implement a symmetrical conversion circuit to power a six-phase motor.

Суммирование выходов полупроводниковых коммутаторов в таком случае происходит на многофазной обмотке электродвигателя, все шесть фаз которой объединены общей нейтралью.The summation of the outputs of the semiconductor switches in this case occurs on the multiphase winding of the motor, all six phases of which are connected by a common neutral.

Нейтрали генератора и двигателя изображенной на фигуре 10 системы электродвижения могут объединяться через автоматический выключатель. В таком случае, можно продолжить движение судна при питании трех фаз электродвигателя в режиме одноканального преобразования, что будет сопровождаться снижением допустимой мощности.The neutrals of the generator and engine shown in figure 10 of the electric system can be combined through a circuit breaker. In this case, it is possible to continue the movement of the vessel while feeding the three phases of the electric motor in the single-channel conversion mode, which will be accompanied by a decrease in the allowable power.

На фигуре 11 изображена функциональная схема электроэнергетической системы судна с заявляемой многофазной системой электродвижения. В силу симметрии трехфазных обмоток генератора, возможно питание главных распределительных щитов от любой из упомянутых обмоток.The figure 11 shows a functional diagram of the electric power system of the vessel with the inventive multiphase electric propulsion system. Due to the symmetry of the three-phase generator windings, it is possible to power the main switchboards from any of the mentioned windings.

Заявляемая полезная модель является новым решением, имеющим следующие принципиальные отличия от прототипа.The inventive utility model is a new solution having the following fundamental differences from the prototype.

- предусмотрена возможность резервирования, в случае отказа полупроводникового коммутатора либо системы управления одного из каналов преобразования частоты нейтрали генератора и двигателя объединяются;- the possibility of backup is provided, in the event of a failure of the semiconductor switch or the control system of one of the channels for converting the neutral frequency of the generator and the engine are combined;

- система электродвижения интегрирована с судовым источником электроэнергии (генератором), при этом в отличие от прототипа, обе трехфазные обмотки источника соединяются в звезду с нейтралью и могут быть использованы для питания судовых потребителей;- the electric propulsion system is integrated with the ship’s source of electricity (generator), while in contrast to the prototype, both three-phase windings of the source are connected to a star with a neutral and can be used to power ship consumers;

- используется шестифазный двигатель, и шесть соединительных линий между двигателем и коммутаторами.- A six-phase motor is used, and six connecting lines between the motor and the switches.

Таким образом, совокупность существенных признаков решения приводит к новому техническому результату - повышению надежности работы за счет резервирования, повышению эффективности использования электрооборудования электроэнергетической системы, за счет возможности питания судовых потребителей от обмоток генератора.Thus, the set of essential features of the solution leads to a new technical result - improving the reliability of the work due to redundancy, increasing the efficiency of using electrical equipment of the electric power system, due to the possibility of supplying ship consumers from the generator windings.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фигуре 1 изображена принципиальная схема электропривода с непосредственным преобразованием частоты. Здесь 1 - электродвигатель, 2 -полупроводниковый коммутатор, 5 - силовой трехфазный трансформатор.The figure 1 shows a schematic diagram of an electric drive with direct frequency conversion. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 5 is a three-phase power transformer.

На фигуре 2 изображен график выходного напряжения непосредственного преобразования частоты по алгоритму с обратными фронтами.The figure 2 shows a graph of the output voltage of the direct frequency conversion according to the algorithm with reverse edges.

На фигуре 3 изображен график выходного напряжения непосредственного преобразования частоты по алгоритму с прямыми фронтами.The figure 3 shows a graph of the output voltage of the direct frequency conversion according to the algorithm with straight edges.

На фигуре 4 изображен график выходного напряжения двухканального непосредственного преобразования частоты с суммированием напряжения алгоритмов с прямыми и обратными фронтами.The figure 4 shows a graph of the output voltage of a two-channel direct frequency conversion with summing the voltage of the algorithms with forward and reverse edges.

На фигуре 5 изображена принципиальная схема системы электродвижения с двухканальным непосредственным преобразованием частоты, трансформаторами на входе и трехфазным гребным электродвигателем. Здесь 1 - электродвигатель, 2 - полупроводниковый коммутатор, 5 - силовой трехфазный трансформатор.The figure 5 shows a schematic diagram of an electric propulsion system with two-channel direct frequency conversion, input transformers and a three-phase propeller motor. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 5 is a three-phase power transformer.

На фигуре 6 изображена принципиальная схема одной фазы двухканального непосредственного преобразователя с трансформаторами на входе. Здесь 2 - полупроводниковый коммутатор, 5 - силовой трехфазный трансформатор.The figure 6 shows a schematic diagram of one phase of a two-channel direct converter with transformers at the input. Here 2 is a semiconductor switch, 5 is a three-phase power transformer.

На фигуре 7 изображена принципиальная схема трехфазного реверсивного полупроводникового коммутатора.The figure 7 shows a schematic diagram of a three-phase reversible semiconductor switch.

На фигуре 8 изображена принципиальная схема системы электродвижения с интегрированным двухканальным непосредственным преобразованием частоты. Здесь 1 - электродвигатель, 2 - полупроводниковый коммутатор, 4 - трехфазная обмотка генератора.Figure 8 shows a schematic diagram of an electric propulsion system with integrated dual-channel direct frequency conversion. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 4 is a three-phase winding of a generator.

На фигуре 9 изображена функциональная схема системы электродвижения с интегрированным двухканальным непосредственным преобразованием частоты. Здесь 1 - электродвигатель, 2 - полупроводниковый коммутатор, 3 - судовой генератор, 4 - трехфазная обмотка генератора.The figure 9 shows a functional diagram of an electric propulsion system with integrated dual-channel direct frequency conversion. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 3 is a ship generator, 4 is a three-phase winding of the generator.

На фигуре 10 изображена принципиальная схема многофазной системы электродвижения судов двухканальным непосредственным преобразованием частоты. Здесь 1 - электродвигатель, 2 - полупроводниковый коммутатор, 3 - генератор.The figure 10 shows a schematic diagram of a multiphase ship electric propulsion system by two-channel direct frequency conversion. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 3 is a generator.

На фигуре 11 изображена функциональная схема единой электроэнергетической системы судна с многофазной системой электродвижения. Здесь 1 - электродвигатель, 2 - полупроводниковый коммутатор, 3 - генератор, 6 - главный распределительный щит.The figure 11 shows a functional diagram of a single electric power system of a vessel with a multiphase electric propulsion system. Here 1 is an electric motor, 2 is a semiconductor switch, 3 is a generator, 6 is a main switchboard.

Список использованной литературы.List of used literature.

1. Зиновьев Г.С. Силовая электроника. - М.: Юрайт, 2012. 667 с. 1. Zinoviev G.S. Power Electronics - M .: Yurayt, 2012.667 s.

2. Дмитриев Б.Ф., Рябенький В.М., Черевко А.И., Музыка М.М. Судовые полупроводниковые преобразователи: учебник. - Архангельск: Изд-во САФУ, 2015. - 556 с. 2. Dmitriev B.F., Ryabenky V.M., Cherevko A.I., Music M.M. Marine semiconductor converters: a textbook. - Arkhangelsk: Publishing House of NArFU, 2015 .-- 556 p.

3. Новиков Г.В. Частотное управление асинхронными электродвигателями. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. - 498 с. 3. Novikov G.V. Frequency control of induction motors. - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2016 .-- 498 p.

4. Прошин И.А. Асинхронный электропривод с маловентильным непосредственным преобразователем частоты // диссертация. - Пенза: Изд-во Пензенского политехнического института, 1983. - 274 с. 4. Proshin I.A. Asynchronous electric drive with a low-fan direct frequency converter // dissertation. - Penza: Publishing House of the Penza Polytechnic Institute, 1983. - 274 p.

5. Прошин И.А. Управление в системах с непосредственным преобразователями электрической энергии // диссертация. - Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2003. - 432 с. 5. Proshin I.A. Management in systems with direct converters of electric energy // thesis. - Penza: Publishing House of Penza State University, 2003. - 432 p.

6. Евсеев Р.И., Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н., Хомяк В.А., Черевко А.И. Способ преобразования частоты // патент РФ на изобретение №26390486. Evseev R.I., Ivlev M.L., Koptyaev E.N., Khomyak V.A., Cherevko A.I. The method of frequency conversion // RF patent for the invention No. 2639048

7. Коптяев Е.Н., Попков Е.Н. Система электродвижения судов // патент РФ на полезную модель №1812027. Koptyaev E.N., Popkov E.N. Ship electric propulsion system // RF patent for utility model No. 181202

8. Коптяев Е.Н. Двухканальный непосредственный преобразователь частоты // Электричество. 2018. №3. с. 33-378. Koptyaev E.N. Two-channel direct frequency converter // Electricity. 2018. No3. from. 33-37

Claims (1)

Гребная электрическая установка судна, содержащая источник напряжения с двумя трехфазными обмотками, два трехфазных реверсивных полупроводниковых коммутатора, включаемых последовательно с отводами трехфазных обмоток, гребной электродвигатель переменного тока, и отличающаяся тем, что обе упомянутые трехфазные обмотки выполняются по схеме "звезда" и имеют общую нейтраль, гребной электродвигатель выполняется с шестифазной обмоткой по схеме "звезда", фазы которой подключаются к выходам реверсивных полупроводниковых коммутаторов, а между нейтралями двигателя и трехфазных обмоток источника напряжения устанавливается перемычка, оснащенная автоматическим выключателем.Rowing electric installation of a vessel, containing a voltage source with two three-phase windings, two three-phase reversing semiconductor switches connected in series with taps of three-phase windings, an alternating current electric propulsion motor, and characterized in that both of these three-phase windings are star-shaped and have a common neutral , the rowing electric motor is made with a six-phase winding according to the "star" scheme, the phases of which are connected to the outputs of the reversible semiconductor switches, and between y neutrals engine and three-phase windings of the voltage source is installed jumper, equipped with a circuit breaker.
RU2018133291U 2018-09-19 2018-09-19 MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM RU185666U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133291U RU185666U1 (en) 2018-09-19 2018-09-19 MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133291U RU185666U1 (en) 2018-09-19 2018-09-19 MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU185666U1 true RU185666U1 (en) 2018-12-13

Family

ID=64754311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133291U RU185666U1 (en) 2018-09-19 2018-09-19 MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU185666U1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU195700U1 (en) * 2019-09-27 2020-02-04 Евгений Николаевич Коптяев SEMICONDUCTOR CONVERTER
RU197447U1 (en) * 2020-02-03 2020-04-28 Евгений Николаевич Коптяев SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM
CN111559485A (en) * 2019-02-13 2020-08-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Overshoot method for fast planing of ship
RU200602U1 (en) * 2020-08-26 2020-10-30 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE WITH CYCLO-CONVERTER
RU202167U1 (en) * 2020-10-12 2021-02-05 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE
RU2756141C1 (en) * 2020-07-03 2021-09-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Propulsion electric unit

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509002C2 (en) * 2012-03-30 2014-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") Electric transmission of ac traction vehicle power
RU2529090C1 (en) * 2013-03-27 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Ship electric power plant
US9075593B2 (en) * 2008-08-22 2015-07-07 Drs Power & Control Technologies, Inc. Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems
WO2016062565A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Power system of a floating vessel
RU177018U1 (en) * 2016-11-07 2018-02-06 Вальдемар Олегович Вагнер ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE OF AIR AND WATER TRANSPORT
RU2658762C1 (en) * 2017-04-06 2018-06-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Ship's electric power plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9075593B2 (en) * 2008-08-22 2015-07-07 Drs Power & Control Technologies, Inc. Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems
RU2509002C2 (en) * 2012-03-30 2014-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") Electric transmission of ac traction vehicle power
RU2529090C1 (en) * 2013-03-27 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Ship electric power plant
WO2016062565A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Power system of a floating vessel
RU177018U1 (en) * 2016-11-07 2018-02-06 Вальдемар Олегович Вагнер ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE OF AIR AND WATER TRANSPORT
RU2658762C1 (en) * 2017-04-06 2018-06-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Ship's electric power plant

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111559485A (en) * 2019-02-13 2020-08-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Overshoot method for fast planing of ship
CN111559485B (en) * 2019-02-13 2022-05-13 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Overshoot method for fast planing of ship
RU195700U1 (en) * 2019-09-27 2020-02-04 Евгений Николаевич Коптяев SEMICONDUCTOR CONVERTER
RU197447U1 (en) * 2020-02-03 2020-04-28 Евгений Николаевич Коптяев SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM
RU2756141C1 (en) * 2020-07-03 2021-09-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Propulsion electric unit
RU200602U1 (en) * 2020-08-26 2020-10-30 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE WITH CYCLO-CONVERTER
RU202167U1 (en) * 2020-10-12 2021-02-05 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU185666U1 (en) MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM
RU2551411C2 (en) Power distribution system
Mohapatra et al. A harmonic elimination and suppression scheme for an open-end winding induction motor drive
EP2627557B1 (en) Marine propulsion systems
Kaarthik et al. Medium-voltage drive for induction machine with multilevel dodecagonal voltage space vectors with symmetric triangles
RU157368U1 (en) VEHICLE MOTION SYSTEM
Koptjaev et al. AC-multiphase adjustable electric drive with two-channel conversion
Cardoso et al. Evolution and development prospects of electric propulsion systems of large sea ships
RU197447U1 (en) SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM
RU2422975C1 (en) Device to generate and control voltage of matrix direct frequency converter with high-frequency sinusoidal pdm
RU181202U1 (en) VEHICLE MOTION SYSTEM
EP2536018A1 (en) DC-AC converter with a plurality of inverters connected in parallel and method
RU187809U1 (en) MULTI-PHASE SYSTEM OF ELECTRIC MOTION OF VESSELS WITH A SWITCH IN NEUTRAL
US11201558B2 (en) Operating circuit for coupling a synchronous machine with a voltage network and method for operating it
RU2428783C1 (en) Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation
Kumar et al. A 30-pulse converter and 4-level cascaded inverter based medium voltage drive using modified LSPWM technique
RU2521883C1 (en) Marine electric power plant
Koptjaev et al. Direct-conversion electric propulsion system
RU195700U1 (en) SEMICONDUCTOR CONVERTER
Fujita Emerging technologies for multilevel converters in Japan
RU2683042C1 (en) Ship electric power installation
Castellan et al. Comparative performance analysis of VSI and CSI supply solutions for high power multi-phase synchronous motor drives
RU202167U1 (en) ELECTRIC DRIVE
RU170077U1 (en) REVERSIBLE CONVERTER
RU197961U1 (en) UNIFIED ELECTRIC POWER SYSTEM SHIP

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190130