RU197447U1 - SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM - Google Patents
SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU197447U1 RU197447U1 RU2020105010U RU2020105010U RU197447U1 RU 197447 U1 RU197447 U1 RU 197447U1 RU 2020105010 U RU2020105010 U RU 2020105010U RU 2020105010 U RU2020105010 U RU 2020105010U RU 197447 U1 RU197447 U1 RU 197447U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- electric
- power
- generators
- ship
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
- B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
- B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к судостроению, и может использоваться как электроэнергетическая система судна.Мировое судостроение является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей техники, а объем ввода в действие новых морских судов демонстрирует неуклонный рост. Растет не только суммарный тоннаж спускаемых на воду кораблей, но и их энерговооруженность. Для перевозки большого количества пассажиров проектируются новые круизные суда, для которых свойственен повышенный уровень комфорта - что неизбежно ведет к использованию систем электродвижения для повышения маневренности и снижения шумности хода, также возрастает и их мощность. Еще одним перспективным направлением являются ледоколы, предназначением которых является поддержание судоходства круглый год в Северном морском пути, а их работа сопровождается частыми реверсами и переменными режимами. Все перечисленные типы современных судов используют электродвижение, а доля гребного электродвигателя в общей мощности электроэнергетической системы составляет 90% и более.Известным из уровня техники электроэнергетическим системам свойственен ряд недостатков, а именно: промежуточное преобразование (что ведет к падению КПД), низкое качество напряжений и токов (излучение помех, сбои систем автоматики), наличие в системе электродвижения силовых трансформаторов (рост себестоимости, падение КПД). Большинство существующих электроэнергетических систем являются едиными, то есть питание всех потребителей на судне осуществляется от общих генераторов. Повсеместно применяется электропривод переменного тока для приведения в действие судовых механизмов, в том числе и линии вала с гребным винтом, что требует преобразования частоты для плавного пуска и регулирования скорости вращения. Использование широтно-импульсной модуляции при ее высокой частоте ведет как к излучению высоких уровней электромагнитных полей, так и искажению протекающих токов, а в ряде случаев требует применения фильтров на полную номинальную мощность электропривода. Это особенно затруднительно в случае систем электродвижения.Применение постоянного тока для передачи электроэнергии судовых генераторов к потребителям также не является решением всех проблем, так как ведет к использованию двойного преобразования - сначала выпрямления активными выпрямителями переменного напряжения судовых генераторов, а далее обратное преобразование (инвертирование) для питания всех судовых потребителей электроэнергии, а также системы электродвижения.В предлагаемом решении реализована электроэнергетическая система, обеспечивающая питание входящей в ее состав системы электродвижения без согласующих силовых трансформаторов - позволяя снизить стоимость и габариты оборудования. Предлагается устанавливать судовые генераторы на общем валу с приводящим их во вращение тепловым двигателем, при этом питающие главные распределительные щиты высокого напряжения обмотки располагаются на двух раздельных синхронных генераторах - что позволяет снимать возбуждение с одного из них, сохраняя питание на потребителях в электроэнергетической системе, а также ход от системы электродвижения при мощности на линии вала, близкой к половине. В отличие от прототипов, известных из уровня техники, предлагается использовать перемежающиеся обмотки на статоре гребного электродвигателя, не имеющие фазового сдвига, что дает преимущество при регулировании его скорости вращения.Преимуществом решения является упрощение всей системы в целом и рост ее эффективности в основном режиме работы из-за отсутствия силовых трансформаторов на питание электродвижения, а также возможность хода судна при отказе одного из генераторов путем снятия возбуждения. Работа электродвижения резервируется наличием в системе нескольких трехфазных реверсивных коммутаторов и резервных преобразователей. Размещение трехфазных реверсивных полупроводниковых коммутаторов на корпусах генераторов снижает уровень радиопомех, а общий тепловой двигатель обеспечивает постоянство фазового сдвига генераторов между собой.The utility model relates to shipbuilding, and can be used as an electric power system of a ship. World shipbuilding is one of the most dynamically developing branches of engineering, and the volume of commissioning of new sea vessels is showing steady growth. Not only the total tonnage of the ships launched into the water is growing, but also their power supply. To transport a large number of passengers, new cruise ships are being designed for which an increased level of comfort is characteristic - which inevitably leads to the use of electric propulsion systems to increase maneuverability and reduce driving noise, and their power also increases. Another promising area is icebreakers, the purpose of which is to maintain shipping all year round in the Northern Sea Route, and their work is accompanied by frequent reversals and variable modes. All of these types of modern ships use electric propulsion, and the share of the propeller motor in the total power of the electric power system is 90% or more. There are a number of drawbacks known to the prior art electric power systems, namely, intermediate conversion (which leads to a drop in efficiency), low voltage quality and currents (interference radiation, malfunctions of automation systems), the presence of power transformers in the electric movement system (increase in cost, drop in efficiency). Most of the existing electric power systems are single, that is, the power to all consumers on the ship is provided by common generators. The AC electric drive is widely used to drive ship mechanisms, including the shaft line with a propeller, which requires frequency conversion for a smooth start and speed control. The use of pulse-width modulation at its high frequency leads to both the emission of high levels of electromagnetic fields and the distortion of flowing currents, and in some cases requires the use of filters for the full rated power of the electric drive. This is especially difficult in the case of electric propulsion systems. The use of direct current for transmitting electricity from ship generators to consumers is also not a solution to all problems, since it leads to the use of double conversion - first rectification of the alternating voltage of the ship generators by active rectifiers, and then reverse conversion (inversion) for power supply for all ship electricity consumers, as well as the electric propulsion system. The proposed solution implements an electric power system that provides power to its electric propulsion system without matching power transformers - thus reducing the cost and dimensions of equipment. It is proposed to install ship generators on a common shaft with a heat engine leading them to rotate, while the main supply switchboards for high voltage windings are located on two separate synchronous generators - which allows you to remove excitation from one of them, while maintaining power to consumers in the electric power system, and stroke from the electric propulsion system with power on the shaft line close to half. Unlike prototypes known from the prior art, it is proposed to use alternating windings on the stator of the propeller motor that do not have a phase shift, which gives an advantage in controlling its rotation speed. The advantage of the solution is to simplify the whole system and increase its efficiency in the main operating mode from - due to the lack of power transformers for power supply of electric propulsion, as well as the possibility of the ship in case of failure of one of the generators by removing excitation. The operation of electric movement is reserved by the presence in the system of several three-phase reversing switches and backup converters. The placement of three-phase reversible semiconductor switches on the cases of the generators reduces the level of radio noise, and the common heat engine ensures the constancy of the phase shift of the generators among themselves.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к судостроению, а именно к электроэнергетическим системам судов.The technical field to which the utility model belongs. The utility model relates to shipbuilding, namely to the power systems of ships.
Уровень техники. Из уровня техники уже известна единая электроэнергетическая система [патент РФ на изобретение №2618614], содержащая главные первичные тепловые двигатели, электрические генераторы, автоматические выключатели, неуправляемые выпрямители напряжения, инверторы напряжения с накопительными конденсаторами, согласующий электрический преобразователь, накопитель энергии и гребные электродвигатели, механически соединенные с гребными винтами. Каждый из главных первичных тепловых двигателей механически соединен со своим электрическим генератором, на статоре которого размещены трехфазные обмотки, выходы которых подключенные к входам автоматических выключателей, согласующий электрический преобразователь соединен с накопителем энергии, а выходы инверторов напряжения подключены к статорным обмоткам гребных электродвигателей. Также имеется система управления единой электроэнергетической установкой, дополнительный инвертор напряжения со своим накопительным конденсатором, согласующий трансформатор, щит вторичного электропитания, аварийный (стояночный) дизель-генератор и потребители собственных нужд, причем автоматические выключатели имеют электромагнитный привод, подключенный к системе управления единой электроэнергетической установкой. Каждый из силовых выходов автоматических выключателей подключен к входу своего неуправляемого выпрямителя напряжения, которые своими выходами соединены между собой согласованно последовательно и образуют общие шины постоянного тока, к которым подключены входы инверторов напряжения со своими накопительными конденсаторами, согласующий электрический преобразователь, преобразователь, дополнительный накопительный конденсатор и, через дополнительный инвертор напряжения и согласующий трансформатор, щит вторичного электропитания, к которому подключены потребители собственных нужд и аварийный (стояночный) дизель-генератор. Система управления управляет работой первичных тепловых двигателей, электрических генераторов, инверторов напряжения, согласующего электрического преобразователя, накопителя энергии и аварийным (стояночным) дизель-генератором.The level of technology. A unified electric power system is already known from the prior art [RF patent for invention No. 2618614] containing main primary heat engines, electric generators, circuit breakers, uncontrolled voltage rectifiers, voltage inverters with storage capacitors, matching electric converter, energy storage device and propeller motors, mechanically connected to the propellers. Each of the main primary heat engines is mechanically connected to its electric generator, on the stator of which there are three-phase windings, the outputs of which are connected to the inputs of the circuit breakers, the matching electrical converter is connected to the energy storage device, and the outputs of the voltage inverters are connected to the stator windings of the rowing electric motors. There is also a control system for a single electric power installation, an additional voltage inverter with its own storage capacitor, a matching transformer, a secondary power supply shield, an emergency (parking) diesel generator and auxiliary consumers, the circuit breakers having an electromagnetic drive connected to the control system of a single electric power installation. Each of the power outputs of circuit breakers is connected to the input of its uncontrolled voltage rectifier, which are connected together in series with their outputs and form common DC buses, to which the inputs of voltage inverters are connected with their storage capacitors, a matching electrical converter, converter, an additional storage capacitor and , through an additional voltage inverter and matching transformer, secondary power shield, to to which consumers of auxiliary needs and an emergency (parking) diesel generator are connected. The control system controls the operation of primary heat engines, electric generators, voltage inverters, matching electric converter, energy storage and emergency (parking) diesel generator.
К недостаткам этого решения можно двойное преобразование энергии электричества из переменного в постоянный род тока и обратно - что ведет к росту потерь на преобразование, и росту искажений напряжений и токов.The disadvantages of this solution are the double conversion of the energy of electricity from alternating current to direct current and vice versa - which leads to an increase in conversion losses, and an increase in voltage and current distortions.
Также из уровня техники известна электроэнергетическая система судна с электродвижением [патент РФ на изобретение №2693745], содержащая главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с главным электрическим генератором, систему управления, преобразователь частоты, гребной электродвигатель, три трехфазных автоматических выключателя с электромагнитным приводом от системы управления, один из которых включен между выходом преобразователя частоты и гребным электродвигателем, второй и третий обеспечивают шунтирование преобразователя частоты по цепи вход преобразователя частоты и обмотка гребного электродвигателя. Второй автоматический выключатель обеспечивает прямой порядок чередования фаз питающего напряжения на гребной электродвигатель, а третий автоматический выключатель обеспечивает обратный порядок чередования фаз питающего напряжения на гребной электродвигатель. Кроме того, в составе системы имеются главный распределительный щит, дополнительные автоматические выключатели с электромагнитным приводом от системы управления, щит питания внешних потребителей, мощные потребители, используемые при стоянке либо при движении судна с небольшой скоростью, вспомогательный дизель-генератор, щит потребителей собственных нужд, согласующий трансформатор, потребители собственных нужд, щит питания с берега, согласующий электрический преобразователь и накопитель энергии, причем обмотка главного электрического генератора через первый дополнительный автоматический выключатель подключена к главному распределительному щиту, к которому подключены: вход преобразователя частоты; через второй дополнительный автоматический выключатель - щит питания внешних потребителей; через третий дополнительный автоматический выключатель -мощные потребители, к выходу преобразователя частоты через четвертый дополнительный автоматический выключатель, согласующий трансформатор и пятый дополнительный автоматический выключатель - щит питания потребителей собственных нужд, к которому подключены: через шестой дополнительный автоматический выключатель - вспомогательный дизель-генератор; через седьмой дополнительный автоматический выключатель - щит питания с берега; через согласующий электрический преобразователь -накопитель энергии; потребители собственных нужд.Also known from the prior art is the electric power system of a ship with electric propulsion [RF patent for invention No. 2693745], comprising a main primary heat engine mechanically connected to the main electric generator, a control system, a frequency converter, a propeller motor, three three-phase circuit breakers with electromagnetic drive from the system control, one of which is connected between the output of the frequency converter and the propeller motor, the second and third provide shunting of the frequency generator circuit input of the frequency converter and the winding of the propeller motor. The second circuit breaker provides a direct phase sequence of the supply voltage to the propeller motor, and the third circuit breaker provides the reverse phase sequence of the supply voltage to the propeller motor. In addition, the system includes a main switchboard, additional circuit breakers with an electromagnetic drive from the control system, a power supply panel for external consumers, powerful consumers used when docking or when the vessel is moving at low speed, an auxiliary diesel generator, an auxiliary consumer shield, matching transformer, auxiliary consumers, shore supply board, matching electrical converter and energy storage, the main winding being electric first generator via a first additional circuit breaker connected to the main switchboard, to which are connected: the input of the frequency converter; through the second additional circuit breaker - the power supply panel of external consumers; through the third additional circuit breaker - powerful consumers, to the output of the frequency converter through the fourth additional circuit breaker, a matching transformer and the fifth additional circuit breaker - the auxiliary power supply panel, to which are connected: through the sixth additional circuit breaker - an auxiliary diesel generator; through the seventh additional automatic switch - a power board from the shore; through matching electric converter - energy storage; consumers of their own needs.
Данное решение принимается основным прототипом, наиболее близким по своей технической сущности.This decision is made by the main prototype, the closest in its technical essence.
К недостаткам такого решения можно отнести резервирование работы системы электродвижения при аварии за счет введения шунтирующих преобразователь частоты трехфазных выключателей - что не допускает его плавный пуск и управление оборотами при аварии преобразователя частоты, а поскольку частота судовых генераторов в большинстве случаев превышает частоту на выходе преобразователя, то возможно превышение номинальной частоты вращения и выход из строя гребного электродвигателя.The disadvantages of this solution include the reservation of the operation of the electric propulsion system during an accident due to the introduction of three-phase circuit breakers shunting the frequency converter - which prevents its smooth start-up and speed control in case of a frequency converter accident, and since the frequency of ship generators in most cases exceeds the frequency at the converter output, then it is possible that the rated speed is exceeded and the propeller motor fails.
Раскрытие полезной модели. Мировое судостроение является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей техники, а объем ввода в действие новых морских судов демонстрирует неуклонный рост. Растет не только суммарный тоннаж спускаемых на воду кораблей, но и их энерговооруженность. Для перевозки большого количества пассажиров проектируются новые круизные суда, для которых свойственен повышенный уровень комфорта - что неизбежно ведет к использованию систем электродвижения для повышения маневренности и снижения шумности хода, также возрастает и их мощность. Еще одним перспективным направлением являются ледоколы, предназначением которых является поддержание судоходства круглый год на Северном морском пути, а их работа сопровождается частыми реверсами и переменными режимами. Все перечисленные типы современных судов используют электродвижение, а доля гребного электродвигателя в общей мощности электроэнергетической системы составляет 90% и более.Disclosure of a utility model. World shipbuilding is one of the most dynamically developing branches of engineering, and the volume of commissioning of new sea vessels is showing steady growth. Not only the total tonnage of the ships launched into the water is growing, but also their power supply. To transport a large number of passengers, new cruise ships are being designed for which an increased level of comfort is characteristic - which inevitably leads to the use of electric propulsion systems to increase maneuverability and reduce driving noise, and their power also increases. Another promising area is icebreakers, the purpose of which is to maintain shipping all year round on the Northern Sea Route, and their work is accompanied by frequent reversals and variable modes. All these types of modern ships use electric propulsion, and the share of the propeller motor in the total power of the electric power system is 90% or more.
Само понятие судовой электроэнергетической системы определяется как совокупность источников электроэнергии, распределительных устройств осуществляющих питание судовых потребителей и коммутацию цепей при изменении режимов работы электроэнергетической системы и в аварийных случаях. Выделяют как особый вид системы электродвижения, имеющие значительную мощность - сравнимую с мощностью судовых генераторов. Их питание от общих с остальными судовыми потребителями источников электроэнергии (генераторов) приводит к переходным процессам, которые нарушают допустимые для других систем допуски на качество напряжений и токов. Использование отдельных генераторов, от которых осуществляется питание только системы электродвижения увеличивает число элементов электроэнергетической системы, снижает тем ее надежность, и ухудшает габариты оборудования [1, 2], и поэтому является нежелательным.The very concept of a ship’s electric power system is defined as a combination of electric power sources, switchgear supplying power to ship consumers and switching circuits when changing the operating conditions of the electric power system and in emergency cases. It is distinguished as a special type of electric propulsion system having significant power - comparable to the power of ship generators. Their power supply from electricity sources (generators) common with other ship consumers leads to transients that violate the tolerances for the quality of voltages and currents that are acceptable for other systems. The use of separate generators, from which only the electric propulsion system is powered, increases the number of elements of the electric power system, thereby reducing its reliability, and worsening the dimensions of the equipment [1, 2], and therefore is undesirable.
Известным их уровня техники электроэнергетическим системам свойственен ряд недостатков, а именно: промежуточное преобразование (что ведет к падению КПД), низкое качество напряжений и токов (излучение помех, сбои систем автоматики), наличие в системе электродвижения силовых трансформаторов (рост себестоимости, падение КПД). Большинство существующих электроэнергетических систем являются едиными, то есть питание всех потребителей на судне осуществляется от общих генераторов. Повсеместно применяется электропривод переменного тока для приведения в действие судовых механизмов, в том числе и линии вала с гребным винтом, что требует преобразования частоты для плавного пуска и регулирования скорости вращения. Использование широтно-импульсной модуляции при ее высокой частоте ведет как к излучению высоких уровней электромагнитных полей, так и искажению протекающих токов, а в ряде случаев требует применения фильтров на полную номинальную мощность электропривода. Это особенно затруднительно в случае систем электродвижения.Electric power systems known to their prior art have a number of disadvantages, namely: intermediate conversion (which leads to a drop in efficiency), low quality of voltages and currents (interference radiation, malfunction of automation systems), the presence of power transformers in the electric movement system (cost increase, drop in efficiency) . Most of the existing electric power systems are single, that is, the power to all consumers on the ship is provided by common generators. The AC electric drive is widely used to drive ship mechanisms, including the shaft line with a propeller, which requires frequency conversion for a smooth start and speed control. The use of pulse-width modulation at its high frequency leads to both the emission of high levels of electromagnetic fields and the distortion of flowing currents, and in some cases requires the use of filters for the full rated power of the electric drive. This is especially difficult in the case of electric propulsion systems.
Применение постоянного тока для передачи электроэнергии судовых генераторов к потребителям также не является решением всех проблем, так как ведет к использованию двойного преобразования - сначала выпрямления активными выпрямителями переменного напряжения судовых генераторов, а далее обратное преобразование (инвертирование) для питания всех судовых потребителей электроэнергии, а также системы электродвижения.The use of direct current for the transmission of electric power of ship generators to consumers is also not a solution to all problems, since it leads to the use of double conversion - first rectification of the alternating voltage of the generators by active rectifiers, and then the inverse transformation (inversion) for powering all ship electricity consumers, as well as electric propulsion systems.
Из уровня техники и учебной литературы известны непосредственные преобразователи частоты, осуществляющие преобразование входного напряжения - а именно, понижение его частоты за счет коммутирования отводов (фаз) генератора [1, 2, 3]. Таким образом, напряжение на выходе состоит из фрагментов входного напряжения, и имеет приближение к синусоиде. В общем случае, форма напряжений при непосредственном преобразовании частоты лучше формы напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Кроме того, следует отметить и низкую частоту коммутации полупроводниковых ключей - что дает более низкие электромагнитные излучения при работе преобразователя.From the prior art and educational literature, direct frequency converters that convert the input voltage are known — namely, lowering its frequency by switching the generator taps (phases) [1, 2, 3]. Thus, the output voltage consists of fragments of the input voltage, and has an approximation to a sinusoid. In general, the voltage waveform in direct frequency conversion is better than the pulse-width modulated voltage waveform. In addition, it should be noted and the low switching frequency of semiconductor switches - which gives lower electromagnetic radiation during operation of the converter.
Из уровня техники [5] известна многофазная система электродвижения с общими нейтралями трехфазных источников (генераторов), и общими нейтралями трехфазной нагрузки (обмоток гребного электродвигателя). Такая система позволяет реализовать суммирование напряжений каналов непосредственного преобразования, и улучшить качество токов.The prior art [5] known multiphase electric motor system with common neutrals of three-phase sources (generators), and common neutrals of three-phase load (windings of the propeller motor). Such a system allows the summation of the voltages of the channels of direct conversion, and to improve the quality of currents.
В предлагаемом решении реализована электроэнергетическая система, обеспечивающая питание входящей в ее состав системы электродвижения без согласующих силовых трансформаторов - позволяя снизить стоимость и габариты оборудования. Предлагается устанавливать судовые генераторы на общем валу с приводящим их во вращение тепловым двигателем, при этом питающие главные распределительные щиты высокого напряжения обмотки располагаются на двух раздельных синхронных генераторах - что позволяет снимать возбуждение с одного их них, сохраняя питание на потребителях в электроэнергетической системе, а также ход от системы электродвижения при мощности на линии вала, близкой к половине. В отличие от прототипов, известных из уровня техники, предлагается использовать перемежающиеся обмотки на статоре гребного электродвигателя, не имеющие фазового сдвига, что дает преимущество при отключении части трехфазных обмоток.The proposed solution implements an electric power system that provides power to its electromotive system without matching power transformers - thereby reducing the cost and dimensions of the equipment. It is proposed to install ship generators on a common shaft with a heat engine leading them to rotate, while the main supply switchboards for high voltage windings are located on two separate synchronous generators - which allows you to remove excitation from one of them, while maintaining power to consumers in the electric power system, as well as stroke from the electric propulsion system with power on the shaft line close to half. Unlike prototypes known from the prior art, it is proposed to use alternating windings on the stator of the propeller motor that do not have a phase shift, which gives an advantage when disconnecting part of the three-phase windings.
На фигуре 1 представлена схема электроэнергетической системы, выбранной за основной прототип. Здесь главный распределительный щит высокого напряжения питается от трехфазного электрического генератора, который приводится во вращение от вала теплового двигателя. Выбор уровня напряжения в таком случае диктуется мощностью главного потребителя - системы электродвижения, для снижения уровней токов и сечения кабелей и шин. Вся остальная судовая нагрузка имеет относительно незначительную мощность в сравнении с системой электродвижения. Для общесудовой нагрузки здесь используется главный распределительный щит низкого напряжения, получающий питание через согласующий трансформатор, на выходной обмотке которого уровень напряжения значительно ниже, чем в питающей сети высокого напряжения. Как правило, уровень напряжения для питания общесудовой нагрузки выбирается равным 400 Вольт. При наличии на судне особых механизмов (например, электропривод трала и т.п.) с очень большой мощностью - они питаются также от главного распределительного щита высокого напряжения. В качестве решения проблемы резервирования отказов системы электродвижения в составе электроэнергетической системы предусмотрены шунтирующие трехфазные выключатели, обеспечивающие подачу питания на гребной электродвигатель непосредственно от шин щита в прямом или обратном чередовании фаз - соответствующем обратному или прямому вращению вала гребного электродвигателя. Однако при простоте, такому решению свойственны недостатки - а именно, большие пусковые токи и несоответствие номинальной частоты судовых генераторов номиналу частоты питающего напряжения гребного электродвигателя, что ведет к его вращению с превышением номинальных оборотов.The figure 1 presents a diagram of an electric power system selected for the main prototype. Here, the main switchboard for high voltage is powered by a three-phase electric generator, which is driven by a heat engine shaft. The choice of voltage level in this case is dictated by the power of the main consumer - the electric propulsion system, to reduce the levels of currents and the cross section of cables and buses. The rest of the ship's load has a relatively insignificant power in comparison with the electric propulsion system. For the general ship load, the main low-voltage switchboard is used here, which is powered by a matching transformer, at the output winding of which the voltage level is much lower than in the high-voltage power network. As a rule, the voltage level for supplying the general ship load is selected to be 400 volts. If there are special mechanisms on the ship (for example, electric trawl drive, etc.) with very high power - they are also powered by the main high voltage switchboard. As a solution to the problem of backup failures of the electromotive system, shunt three-phase switches are provided as part of the electric power system, providing power to the propeller motor directly from the busbars in direct or reverse phase rotation - corresponding to reverse or forward rotation of the shaft of the propeller motor. However, in simplicity, such a solution is characterized by disadvantages - namely, high inrush currents and a mismatch between the rated frequency of the ship's generators and the rated frequency of the supply voltage of the propeller motor, which leads to its rotation exceeding the nominal speed.
На фигуре 2 представлена схема предлагаемой в данном решении судовой электроэнергетической системы. Из схемы видно главное отличие заявляемого решения - установка трехфазных электрических генераторов (основных судовых источников) с приводом от одного теплового двигателя обеспечивает их одновременное вращение - а значит и отсутствие смещения фазы между ними. В отличие от всех остальных прототипов судовых электроэнергетических систем, это обеспечивает заявленное в системе электродвижения [5] качество непосредственного преобразования частоты, поскольку система трехфазных напряжений разных генераторов будет иметь всегда одинаковую частоту и фазовое смещение (равное нулю в заявляемом решении). Автору заявки известны промышленно выпускаемые судовые генераторы, имеющие две трехфазные обмотки на статоре, однако в данном заявляемом решении предлагается разделение обмоток на два или более трехфазных электрических генератора, с одной трехфазной обмоткой на их статорах. Такое решение позволяет решить, в том числе, задачу раздельной защиты генераторов от коротких замыканий и прочих аварийных ситуаций. В предлагаемой конфигурации генераторов, механически приводимых во вращение от общего теплового двигателя, для вывода из действия любого генератора достаточно снять возбуждение с его ротора, на котором у синхронных генераторов расположены полюса возбуждения. Это, совместно со совпадения фаз от различных электрических генераторов на общем валу, позволяет обеспечить режим резервирования.The figure 2 presents the scheme proposed in this solution of the ship's electric power system. The main difference between the proposed solution is seen in the diagram - the installation of three-phase electric generators (main ship sources) driven by one heat engine ensures their simultaneous rotation - and hence the absence of phase displacement between them. Unlike all other prototypes of ship electric power systems, this ensures the direct frequency conversion quality declared in the electric propulsion system [5], since the three-phase voltage system of different generators will always have the same frequency and phase displacement (equal to zero in the claimed solution). The author of the application knows industrially produced marine generators having two three-phase windings on a stator, however, in this claimed solution, it is proposed to divide the windings into two or more three-phase electric generators, with one three-phase winding on their stators. This solution allows, among other things, to solve the problem of separate protection of generators from short circuits and other emergency situations. In the proposed configuration of generators mechanically driven from a common heat engine, to exclude the action of any generator, it is enough to remove the excitation from its rotor, on which the excitation poles are located for synchronous generators. This, together with the coincidence of phases from various electric generators on a common shaft, allows for a redundancy mode.
Также резервирование обеспечивает применение в предлагаемом решении резервных преобразователей частоты, которые могут быть выполнены с широтно-импульсной модуляцией напряжения, поскольку мощность резервных преобразователей частоты не может превышать также мощности резервного источника - резервных дизель-генераторов. В таком случае уровень вносимых в питающую сеть искажений будет относительно малым, разумеется, при меньших оборотах вала гребного электродвигателя. Для непосредственного преобразования частоты в системе электродвижения предусмотрены трехфазные реверсивные полупроводниковые коммутаторы, которые уже известны из уровня техники [2, 5] и схема такого коммутатора приведена на фигуре 3.Also, redundancy provides the use in the proposed solution of redundant frequency converters, which can be performed with pulse-width modulation of voltage, since the power of the reserve frequency converters can not exceed the power of the reserve source - backup diesel generators. In this case, the level of distortion introduced into the supply network will be relatively small, of course, at lower rotational speeds of the propeller motor shaft. For direct frequency conversion, three-phase reversible semiconductor switches, which are already known from the prior art [2, 5], are provided in the electromotive system, and the circuit of such a switch is shown in figure 3.
Упомянутые коммутаторы преобразуют входную частоту напряжения электрических генераторов в пониженную выходную частоту, необходимую для питания гребного электродвигателя. При аварии любого из коммутаторов требуется снятие тока возбуждения с соответствующего ему электрического генератора.Mentioned switches convert the input frequency of the voltage of the electric generators into a lower output frequency necessary to power the propeller motor. In the event of an accident at any of the switches, it is necessary to remove the excitation current from the corresponding electric generator.
Таким образом, при наличии в предлагаемой системе электродвижения двух электрических генераторов, и двух резервных преобразователей частоты реализуется четырехкратное резервирование работоспособности для системы электродвижения - при отказе одного трехфазного реверсивного коммутатора, ход судна может быть продолжен под оставшимся каналом непосредственного преобразования частоты при механической мощности на валу, не превышающей половины номинальной. При отказе обоих из трехфазных реверсивных коммутаторов - ход может быть продолжен от резервных преобразователей частоты, как это очевидно из фигуры 2. Если произойдет отказ одного из резервных преобразователей частоты, ход может быть продолжен от второго с меньшей мощностью. При проектировании судна и электроэнергетической системы мощность обоих резервных преобразователей частоты следует выбирать по критерию минимальной достаточности для хода судна в аварийной ситуации, также учитываются такие ограничения, как минимально допустимые обороты электродвигателя по условиям смазки его подшипников. Как правило, минимальные обороты гребного электродвигателя по условиям смазки составляют 20% от номинала, что соответствует от 5 до 10% от номинальной мощности. Таким образом, будучи выполненными на малую долю от номинальной мощности системы электродвижения - такие резервные преобразователи частоты не приводят к существенному росту габаритов и себестоимости, обеспечивая увеличение уровня резервирования, а значит и надежности системы в целом.Thus, if the proposed electric propulsion system has two electric generators, and two standby frequency converters, four-fold redundancy of health for the electric propulsion system is realized - if one three-phase reversing switch fails, the ship can continue under the remaining channel of direct frequency conversion with mechanical power on the shaft, not exceeding half the nominal. In case of failure of both of the three-phase reversing switches, the stroke can be continued from the standby frequency converters, as is evident from Figure 2. If one of the standby frequency converters fails, the stroke can be continued from the second with lower power. When designing the vessel and the electric power system, the power of both standby frequency converters should be selected according to the criterion of minimum sufficiency for the ship to operate in an emergency, and restrictions such as the minimum allowable speed of the electric motor under the lubrication conditions of its bearings are also taken into account. As a rule, the minimum revolutions of the propeller motor under lubrication conditions are 20% of the nominal value, which corresponds to 5 to 10% of the rated power. Thus, being implemented at a small fraction of the rated power of the electric propulsion system - such backup frequency converters do not lead to a significant increase in size and cost, providing an increase in the level of redundancy, and hence the reliability of the system as a whole.
В целях упрощения конструкции и снижения уровня электромагнитных излучений, в предлагаемом решении заявляется подключение трехфазных коммутаторов непосредственно к отводам электрических генераторов, то есть максимально близко к источнику электроэнергии, что снижает уровень электромагнитных излучений при работе системы электродвижения. Кроме того, предлагается совместить системы охлаждения полупроводниковых ключей и электрических генераторов, имеющих, как правило, водяное охлаждение для отвода тепла. Совмещение систем охлаждения также ведет к уменьшению длины трубопроводов и увеличению надежности работы обоих элементов - и электрических генераторов, и трехфазных коммутаторов. При перегреве любого из данных элементов произойдет срабатывание тепловой защиты от перегрева и уменьшение оборотов гребного электродвигателя, или его полная остановка. В случае необходимости снятия питания с трехфазного коммутатора может быть снято возбуждение с электрического генератора для его обесточивания. Работа остальных электрических генераторов, которые устанавливаются на общем валу с одним тепловым двигателем, может быть при этом продолжена, таким образом предлагаемой электроэнергетической системе свойственна безотказность при высокой степени резервирования.In order to simplify the design and reduce the level of electromagnetic radiation, the proposed solution claims the connection of three-phase switches directly to the taps of electric generators, that is, as close as possible to the source of electricity, which reduces the level of electromagnetic radiation during operation of the electric movement system. In addition, it is proposed to combine cooling systems for semiconductor switches and electric generators, which usually have water cooling to remove heat. The combination of cooling systems also leads to a decrease in the length of pipelines and an increase in the reliability of both elements — electrical generators and three-phase switches. When any of these elements overheats, thermal protection from overheating will occur and the speed of the propeller motor will decrease, or it will stop completely. If it is necessary to remove power from the three-phase switch, the excitation can be removed from the electric generator to de-energize it. The work of the remaining electric generators, which are installed on a common shaft with one heat engine, can be continued, thus the proposed electric power system is characterized by failure-free operation with a high degree of redundancy.
В предлагаемом решении, как это видно из фигуры 2, устанавливаются выключатели во всех силовых электрических цепях, исключая трехфазные коммутаторы на их входах, соединенных с выходами генераторов - что не ведет к ухудшению надежности, как объяснено выше.In the proposed solution, as can be seen from figure 2, circuit breakers are installed in all power electric circuits, excluding three-phase switches at their inputs connected to the outputs of the generators - which does not lead to a deterioration in reliability, as explained above.
Применение выключателей на входах трехфазных полупроводниковых коммутаторов усложнило бы их размещение - поскольку их пришлось бы подключать в разрыв цепи "выход генератора - вход коммутатора", а также размещать поблизости от электрических генераторов в отдельном корпусе.The use of switches at the inputs of three-phase semiconductor switches would complicate their placement - since they would have to be connected to the circuit breaker "generator output - input of the switch", and also placed in the vicinity of electric generators in a separate case.
Предлагаемая электроэнергетическая система является полностью симметричной и в силу этого масштабируемой - принцип построения может быть реализован для не менее двух элементов: электрических генераторов, трехфазных реверсивных коммутаторов, резервных дизель-генераторов, и трехфазных обмоток на статоре гребного электродвигателя. Этим достигнут максимально возможный уровень резервирования - за счет применения не только основных элементов (электрических генераторов, обмоток статора гребного электродвигателя и трехфазных реверсивных коммутаторов) но и резервных, причем количество всех (и основных, и резервных) элементов в электроэнергетической системе одинаково и составляет не менее двух.The proposed electric power system is completely symmetrical and therefore scalable - the construction principle can be implemented for at least two elements: electric generators, three-phase reversing switches, redundant diesel generators, and three-phase windings on the stator of a rowing electric motor. This has achieved the maximum possible level of redundancy - due to the use of not only the main elements (electric generators, stator windings of the propeller motor and three-phase reversing switches), but also reserve ones, and the number of all (both main and reserve) elements in the electric power system is the same and is no less than two.
Очевидно, что при использовании менее двух - то есть по одному на каждый элемент электроэнергетической системы, исчезает резервирование основных (нет резерва для аварийного режима эксплуатации) элементов. По этой причине автором выбран отличительный критерий - не мене двух основных и резервных элементов каждого типа. Такой вариант обеспечивает наиболее надежную и удобную эксплуатации судна, поскольку наличие не менее двух электрических генераторов, трехфазных коммутаторов и обмоток статора гребного электродвигателя позволяет обеспечить ход на частичной механической мощности на гребном валу. Это очевидно значительно ближе к номинальному режиму, чем ход судна на 10% мощности от резервных преобразователей частоты. В случае использования более чем двух (-трех, -четырех и т.д.) элементов системы безотказность электроэнергетической системы возрастает, также растет и мощность на линии вала. Кроме того, появляется возможность для распределения мощности по каналам непосредственного преобразования частоты, что актуально в крупных ледоколах - при большой мощности системы электродвижения.Obviously, when using less than two - that is, one for each element of the electric power system, the redundancy of the main (there is no reserve for emergency operation) elements disappears. For this reason, the author has chosen a distinctive criterion - at least two main and backup elements of each type. This option provides the most reliable and convenient operation of the vessel, since the presence of at least two electric generators, three-phase switches, and stator windings of the propeller motor makes it possible to provide partial mechanical power on the propeller shaft. This is obviously much closer to the nominal mode than the ship's run at 10% of the power from the backup frequency converters. In the case of using more than two (-three, -four, etc.) elements of the system, the reliability of the electric power system increases, and the power on the shaft line also grows. In addition, it becomes possible to distribute power through the channels of direct frequency conversion, which is important in large icebreakers - with a large power of the electric propulsion system.
Показанные на фигуре 2 резервные дизель-генераторы обеспечивают генерирование электроэнергии в аварийных режимах, связанных с отказом основных электрических генераторов, а также при стоянке у причала или при перешвартовке - когда запуск основных источников электроэнергии связан с излишними затратами. Мощность резервных дизель-генераторов выбирается при проектировании электроэнергетической системы, с учетом всех факторов и мощности судовых потребителей. Задача резервных дизель-генераторов в обеспечении питания минимально необходимого количества потребителей, включая систему электродвижения судна.The backup diesel generators shown in figure 2 provide for the generation of electricity in emergency conditions associated with the failure of the main electric generators, as well as when docking or when mooring, when the launch of the main sources of electricity is associated with unnecessary costs. The capacity of standby diesel generators is selected during the design of the electric power system, taking into account all factors and the power of ship consumers. The task of standby diesel generators in providing power to the minimum required number of consumers, including the ship's electric propulsion system.
На фигуре 4 показана векторная диаграмма напряжений двух систем трехфазных напряжений. Из диаграммы видно, что при угле сдвига, равном 60 электрическим градусам - вектора напряжений в фазах между двумя трехфазными системами начинают совпадать по модулю, но разнятся по своему знаку. Таким образом, такому углу сдвига 60 градусов соответствует включение фаз в общую нейтраль с обратной полярностью обмоток фаз, что известно из теоретической литературы [2, 3, 5] и не позволяет реализовать полноценный шестифазный режим работы, при котором сдвиг фаз между составляющими его двумя трехфазными системами напряжений равно 30 электрическим градусам. При известном из литературы по электрическим машинам способе формирования многофазных обмоток [4], для более чем трехфазной системы питающих обмоток катушки разных фаз в группе последовательно чередуются по типу U1-U2-V1-V2-W1-W2 - однако угол сдвига между системами напряжений U1-V1-W1 и U2-V2-W2 должен быть равен пространственному сдвигу фаз, то есть 60 градусам. Это объясняется полным равенством (симметрией) шести фаз между собой по числу витков и шагу - а таким образом, при чередовании их на статоре электродвигателя, возможен только симметричный фазовый сдвиг для их напряжений, который составляет 60 электрических градусов. Использование такого сдвига не ведет к улучшению качества электромагнитного поля в зазоре "статор-ротор". Для решения этой проблемы в предлагаемом решении используется размещение трехфазных обмоток гребного электродвигателя без взаимного сдвига, то есть фазы двух или более трехфазных систем накладываются друг на друга. Это ведет к появлению суперпозиции их электромагнитных полей при работе системы электродвижения, а суммарное поле и мощность электродвигателя будет удвоенной (или более, в зависимости от выбранного числа элементов) по сравнению с работой на одной обмотке. Подобного рода обмотки уже известны из литературы, однако при использовании многослойных обмоток суммарное количество будет равно двойному числу трехфазных обмоток на статоре, что может быть громоздко. Поэтому в заявляемом решении для формирования общей многофазной обмотки, включающей две или более трехфазные обмотки каналов непосредственного преобразования частоты, используется перемежение катушек в фазах группы. Это значит, что если каждая фаза состоит из 4 катушек подряд, то они чередуются при укладке в пазах статора гребного электродвигателя следующим образом: U1.1-U2.1-U1.2-U2.2-U1.3-U2.3-U1.4-U2.4, где в дробном индексе указывает номер для отдельной катушки в фазе. Для случая четырех каналов непосредственного преобразования частоты, и четырех трехфазных обмоток на статоре гребного электродвигателя чередование фазы U будет иметь вид: U1.1-U2.1-U3.1-U4.1-U1.2-U2.2-U3.2-U4.2-U1.3-U2.3-U3.3-U4.3-U1.4-U2.4-U3.4-U4.4 (и подобным образом для остальных фаз V и W, напомним что U, V, W - это принятое в области электрических машин обозначение фаз А, В, С). Поскольку в таком случае не происходит смещения обмоток относительно друг друга - работа многофазной обмотки является согласной, то есть катушки от одноименных фаз разных трехфазных обмоток усиливают друг друга, а магнитные потоки суммируются. Предлагаемое исполнение гребного электродвигателя дает возможность отключения отдельных его трехфазных обмоток - что не ведет к искажению формируемого магнитного поля в зазоре "статор-ротор", так как обмотки не чередуются - а накладываются. При отключении происходит уменьшение магнитного потока и мощности, без возникновения биений за счет неравномерности магнитного потока.The figure 4 shows a vector diagram of the voltages of two systems of three-phase voltages. It can be seen from the diagram that at a shear angle of 60 electrical degrees, the stress vectors in phases between two three-phase systems begin to coincide in modulus, but differ in sign. Thus, the inclusion of phases in a common neutral with reverse polarity of the phase windings corresponds to such a 60-degree angle of shift, which is known from the theoretical literature [2, 3, 5] and does not allow for a full-fledged six-phase operation mode in which the phase shift between its two three-phase components voltage systems is equal to 30 electrical degrees. When the method of forming multiphase windings is known from the literature on electric machines [4], for more than a three-phase system of supply windings, the coils of different phases in the group are sequentially alternated by the type U1-U2-V1-V2-W1-W2 - however, the angle of shift between the voltage systems U1 -V1-W1 and U2-V2-W2 should be equal to the spatial phase shift, i.e. 60 degrees. This is due to the complete equality (symmetry) of the six phases with each other in the number of turns and in the step - and thus, when alternating them on the motor stator, only a symmetric phase shift for their voltages is possible, which is 60 electrical degrees. The use of such a shift does not lead to an improvement in the quality of the electromagnetic field in the stator-rotor gap. To solve this problem, the proposed solution uses the placement of three-phase windings of a propeller motor without a mutual shift, that is, the phases of two or more three-phase systems overlap each other. This leads to the appearance of a superposition of their electromagnetic fields during the operation of the electric movement system, and the total field and electric motor power will be doubled (or more, depending on the selected number of elements) in comparison with the work on one winding. Such windings are already known from the literature, however, when using multilayer windings, the total number will be equal to twice the number of three-phase windings on the stator, which can be cumbersome. Therefore, in the claimed solution for the formation of a common multiphase winding, including two or more three-phase windings of channels of direct frequency conversion, interleaving the coils in the phases of the group is used. This means that if each phase consists of 4 coils in a row, they alternate when stacking the propeller motor in the stator slots as follows: U1.1-U2.1-U1.2-U2.2-U1.3-U2.3- U1.4-U2.4, where in the fractional index indicates the number for an individual coil in phase. For the case of four channels of direct frequency conversion, and four three-phase windings on the stator of the propeller motor, the phase rotation U will look like: U1.1-U2.1-U3.1-U4.1-U1.2-U2.2-U3.2 -U4.2-U1.3-U2.3-U3.3-U4.3-U1.4-U2.4-U3.4-U4.4 (and similarly for the other phases V and W, recall that U , V, W is the designation of phases A, B, C accepted in the field of electrical machines. Since in this case there is no displacement of the windings relative to each other, the operation of the multiphase winding is consonant, that is, the coils from the same phases of different three-phase windings reinforce each other, and the magnetic fluxes are summed. The proposed design of the propeller motor makes it possible to disconnect its individual three-phase windings - which does not lead to distortion of the generated magnetic field in the stator-rotor gap, since the windings do not alternate - but overlap. When disconnected, there is a decrease in magnetic flux and power, without the occurrence of beats due to uneven magnetic flux.
На фигуре 5 показана известная их уровня техники двухканальная система электродвижения, имеющая общую нейтраль между обмотками источника электроэнергии, и общую нейтраль нагрузок. Она может быть масштабирована на большее число трехфазных каналов, и реализована в составе предлагаемой электроэнергетической системы - однако не является предметом данного решения. Заявляемая электроэнергетическая система может быть реализована как при использовании ее, так и при классическом раздельном использовании трехфазных обмоток без объединения их в общую нейтраль. Также повторно оговоримся, что в современной классификации система электродвижения является не просто самым мощным потребителем в электроэнергетической системе - но и ее неотъемлемой частью, поскольку выбор типа системы электродвижения определяет тип и структуру самой электроэнергетической системы ("единая электроэнергетическая система"). Таким образом, эти понятия всегда рассматривают неразрывно, причем система электродвижения входит в электроэнергетическую систему как составляющая ее подсистема, объединяющая ряд элементов системы.The figure 5 shows the prior art two-channel electric propulsion system having a common neutral between the windings of an electric power source, and a common load neutral. It can be scaled to a larger number of three-phase channels, and implemented as part of the proposed electric power system - however, it is not the subject of this decision. The inventive electric power system can be implemented both when using it, and with the classic separate use of three-phase windings without combining them into a common neutral. We also make a reservation that in the current classification, the electric propulsion system is not only the most powerful consumer in the electric power system - but also its integral part, since the choice of the type of electric propulsion system determines the type and structure of the electric power system itself (“unified electric power system”). Thus, these concepts are always considered inextricably, and the electric movement system is included in the electric power system as a component of its subsystem, uniting a number of elements of the system.
Описанная выше конструкция является простой, и реализуемой при промышленном применении - за счет симметрии количества элементов в предлагаемом решении, и их взаимного резервирования. В таком случае происходит резервирование как основных каналов преобразования частоты (трехфазных полупроводниковых коммутаторов, и их генераторов) но также и резервных преобразователей частоты малой мощности. При выходе одного канала непосредственного преобразования возможна работа на значительной мощности на других каналах, а при полном их отказе - переход на резервные преобразователи частоты. Используемая для резервирования совместная укладка трехфазных обмоток в гребном электродвигателе обеспечивает его качественную работу при отключении одного или более каналов. Предлагаемое решение имеет следующие отличия от прототипа:The design described above is simple, and implemented in industrial applications - due to the symmetry of the number of elements in the proposed solution, and their mutual redundancy. In this case, redundancy occurs as the main channels of frequency conversion (three-phase semiconductor switches, and their generators), but also backup low-power frequency converters. When one channel of direct conversion is output, it is possible to operate at significant power on other channels, and if they fail completely, they can switch to backup frequency converters. The joint laying of three-phase windings in a propeller motor used for redundancy ensures its high-quality operation when one or more channels are disconnected. The proposed solution has the following differences from the prototype:
количество трехфазных электрических генераторов, трехфазных реверсивных коммутаторов, трехфазных обмоток на статоре гребного электродвигателя и резервных преобразователей частоты равно между собой;the number of three-phase electric generators, three-phase reversing switches, three-phase windings on the stator of the propeller motor and backup frequency converters is equal to each other;
трехфазные электрические генераторы механически соединяются с валом одного главного теплового двигателя;three-phase electric generators are mechanically connected to the shaft of one main heat engine;
выходные обмотки трехфазных электрических генераторов между собой не имеют взаимного фазового сдвига;output windings of three-phase electric generators do not have a mutual phase shift;
трехфазные реверсивные коммутаторы подключены входами к обмоткам трехфазных электрических генераторов, и установлены непосредственно на корпусе генераторов имея общую с ними систему охлаждения;three-phase reversible switches are connected by inputs to the windings of three-phase electric generators, and are installed directly on the generator body having a common cooling system with them;
трехфазные обмотки гребного электродвигателя не имеют сдвига относительно друг друга и расположены в пазах статора чередуясь катушками одноименных фаз;three-phase windings of the propeller motor do not have a shift relative to each other and are located in the grooves of the stator alternating with coils of the same phases;
силовые электрические цепи оснащаются выключателями, кроме входов трехфазных реверсивных коммутаторов.power electric circuits are equipped with switches, except for the inputs of three-phase reversing switches.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков полезной модели ранее неизвестна и приводит к новому техническому результату - повышению надежности и безотказности работы электроэнергетической системы, при сохранении ее простоты и единства решения.Thus, the entire set of essential features of the utility model is previously unknown and leads to a new technical result - increasing the reliability and uptime of the electric power system, while maintaining its simplicity and unity of solution.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема выбранной за прототип электроэнергетической установки судна с электродвижением. Здесь 1 - тепловой двигатель, 2 - трехфазный электрический генератор, 3 - система управления, 4 - преобразователь частоты, 5 - гребной электродвигатель, 6 - первый трехфазный выключатель, 7 - второй трехфазный выключатель, 8 - третий трехфазный выключатель, 9 - главный распределительный щит высокого напряжения, 17 - щит питания внешних потребителей, 18 - мощные потребители, 19 - резервный дизель-генератор, 20 - главный распределительный щит низкого напряжения, 21 - согласующий понижающий трансформатор, 22 - судовые потребители, 23 - щит приема питания с берега, 24 - согласующий электрический преобразователь, 25 - накопитель энергии. На фигуре 2 изображена схема предлагаемой судовой электроэнергетической установки. Здесь 1 - тепловой двигатель, 2 - трехфазный электрический генератор, 5 - гребной электродвигатель, 9 - главный распределительный щит высокого напряжения, 10 - система управления электродвижением, 11 - трехфазный реверсивный полупроводниковый коммутатор, 12 - резервный преобразователь частоты, 18 - мощные потребители, 19 - резервный дизель-генератор, 20 - главный распределительный щит низкого напряжения, 21 - согласующий понижающий трансформатор, 22 - судовые потребители. На фигуре 3 изображена принципиальная схема трехфазного реверсивного полупроводникового коммутатора. На фигуре 4 изображена векторная диаграмма двух трехфазных систем со взаимным сдвигом 60 электрических градусов. На фигуре 5 изображена схема двухканальной системы электродвижения с общей нейтралью генераторов и общей нейтралью обмоток статора. Здесь 2 - трехфазный электрический генератор, 5 - гребной электродвигатель, 11 - трехфазный реверсивный полупроводниковый коммутатор.A brief description of the drawings. The figure 1 shows a diagram of a vessel selected for the prototype electric power plant with electric propulsion. Here 1 is a heat engine, 2 is a three-phase electric generator, 3 is a control system, 4 is a frequency converter, 5 is a rowing electric motor, 6 is the first three-phase switch, 7 is the second three-phase switch, 8 is the third three-phase switch, 9 is the main switchboard high voltage, 17 - power supply panel of external consumers, 18 - powerful consumers, 19 - standby diesel generator, 20 - main distribution board of low voltage, 21 - matching step-down transformer, 22 - ship consumers, 23 - power supply board from the shore, 2 4 - matching electrical converter, 25 - energy storage. The figure 2 shows a diagram of the proposed marine electrical installation. Here 1 is a heat engine, 2 is a three-phase electric generator, 5 is a rowing electric motor, 9 is the main switchboard for high voltage, 10 is a motion control system, 11 is a three-phase reversible semiconductor switch, 12 is a standby frequency converter, 18 are powerful consumers, 19 - backup diesel generator, 20 - main low voltage switchboard, 21 - matching step-down transformer, 22 - ship consumers. The figure 3 shows a schematic diagram of a three-phase reversible semiconductor switch. Figure 4 shows a vector diagram of two three-phase systems with a mutual offset of 60 electrical degrees. The figure 5 shows a diagram of a two-channel system of electric movement with a common neutral generator and a common neutral stator windings. Here 2 is a three-phase electric generator, 5 is a rowing electric motor, 11 is a three-phase reversible semiconductor switch.
Список использованной литературы.List of used literature.
1. Дмитриев Б.Ф., Рябенький В.М., Черевко А.И., Музыка М.М. Судовые полупроводниковые преобразователи: учебник. - Архангельск: Изд-во САФУ, 2015.-556 с.1. 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.
2. Зиновьев Г.С.Силовая электроника. - М.: Юрайт, 2012. 667 с.2. Zinoviev G.S. Power electronics. - M .: Yurayt, 2012.667 s.
3. Прошин И.А. Управление в системах с непосредственным преобразователями электрической энергии // диссертация. - Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2003. - 432 с.3. Proshin I.A. Management in systems with direct converters of electric energy // thesis. - Penza: Publishing House of Penza State University, 2003. - 432 p.
4. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Изд-во ЮРАЙТ, 2014.-767 с.4. Kopylov I.P. Design of electrical machines. M .: Publishing house URIGHT, 2014.-767 p.
5. Коптяев Е.Н., Попков Е.Н. Многофазная система электродвижения судов // патент РФ на полезную модель №185666.5. Koptyaev E.N., Popkov E.N. Multiphase ship electric propulsion system // RF patent for utility model No. 185666.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105010U RU197447U1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105010U RU197447U1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU197447U1 true RU197447U1 (en) | 2020-04-28 |
Family
ID=70553153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020105010U RU197447U1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | SHIP'S ELECTRIC POWER SYSTEM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU197447U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756141C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-09-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Propulsion electric unit |
| RU2765022C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Electric propulsion installation with double dc buses |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU185666U1 (en) * | 2018-09-19 | 2018-12-13 | Евгений Николаевич Коптяев | MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM |
-
2020
- 2020-02-03 RU RU2020105010U patent/RU197447U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU185666U1 (en) * | 2018-09-19 | 2018-12-13 | Евгений Николаевич Коптяев | MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756141C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-09-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Propulsion electric unit |
| RU2765022C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Electric propulsion installation with double dc buses |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2551411C2 (en) | Power distribution system | |
| EP2627557B1 (en) | Marine propulsion systems | |
| US7576443B2 (en) | Method and apparatus for generating electric power | |
| Javaid et al. | MVDC marine electrical distribution: Are we ready? | |
| US6188139B1 (en) | Integrated marine power distribution arrangement | |
| EP0536876B1 (en) | Electric power system for marine vehicles | |
| RU185666U1 (en) | MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM | |
| Reusser et al. | Power electronics and drives: Applications to modern ship propulsion systems | |
| US8928292B2 (en) | Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems | |
| WO2008081189A1 (en) | Power systems | |
| RU197447U1 (en) | SHIP'S ELECTRIC POWER 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 | |
| RU197961U1 (en) | UNIFIED ELECTRIC POWER SYSTEM SHIP | |
| RU2658759C1 (en) | Propulsion electric power plant | |
| RU2521883C1 (en) | Marine electric power plant | |
| RU187809U1 (en) | MULTI-PHASE SYSTEM OF ELECTRIC MOTION OF VESSELS WITH A SWITCH IN NEUTRAL | |
| RU2737842C1 (en) | Motor vehicle electromotive complex | |
| RU2618614C1 (en) | Unified vessel power generating plant | |
| RU2735298C1 (en) | Electrically-driven plant with cascade electric converter | |
| RU2735189C2 (en) | Propulsion plant with cascade electric converter | |
| Kalsi et al. | Benefits of HTS technology to ship systems | |
| Qi et al. | Configuration Generation and Analysis of AC and DC Conceptual Designs of Shipboard Power Systems | |
| RU2765022C1 (en) | Electric propulsion installation with double dc buses | |
| RU2723562C1 (en) | Electromotive propulsion plant of ship with several propellers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200513 |