RU2503580C1 - Ship electric power generator - Google Patents

Ship electric power generator Download PDF

Info

Publication number
RU2503580C1
RU2503580C1 RU2012124939/11A RU2012124939A RU2503580C1 RU 2503580 C1 RU2503580 C1 RU 2503580C1 RU 2012124939/11 A RU2012124939/11 A RU 2012124939/11A RU 2012124939 A RU2012124939 A RU 2012124939A RU 2503580 C1 RU2503580 C1 RU 2503580C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
main
phase
buses
control system
rectifier
Prior art date
Application number
RU2012124939/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012124939A (en
Inventor
Андрей Владимирович Григорьев
Юрий Александрович Кулагин
Руслан Ринатович Зайнуллин
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "РЭП Холдинг"
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 Закрытое акционерное общество "РЭП Холдинг" filed Critical Закрытое акционерное общество "РЭП Холдинг"
Priority to RU2012124939/11A priority Critical patent/RU2503580C1/en
Publication of RU2012124939A publication Critical patent/RU2012124939A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503580C1 publication Critical patent/RU2503580C1/en

Links

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to ship building. Proposed power generator comprises main engine connected with main generator and local control system. Main generator is connected with propulsion motor via electric circuit including first circuit breaker, main buses, consuming hardware buses, frequency inverter and extra motor/ Extra motor is connected with additional generator connected via second automatic circuit breaker to busses of consuming hardware. Main and extra generators are three-phase electromagnetic excitation generators equipped with first and second phase current output transducers. Local control system can be connected to top level control system, first and second current phase and voltage transducer mounted at consuming equipment buses. Controlled frequency inverter comprises rectifier and inverter connected in series equipped with intrinsic controller. Current sensors connected with controller data input are built in rectifier power output power circuit and inverter input power circuit. Choke is connected to controlled rectifier power input. Choke other output is connected to phase voltage sensor and to third automatic circuit breaker connected to main buses. Phase voltage sensor is connected with rectifier controller. DC link capacitor accumulator and dc voltage sensor connected to both controllers are built in between rectifier output power circuit and inverter input power circuit current sensor. Controllers are connected to selector of operating conditions connected with local control system.
EFFECT: higher efficiency of bus power supply.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. В качестве преобразователей используются различные схемы с неуправляемыми выпрямителями, обладающие высокими энергетическими показателями и надежностью.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to ship electrical installations with frequency converters and propeller motors. As converters, various circuits are used with uncontrolled rectifiers, which have high energy performance and reliability.

Так известна аналогичная судовая электроэнергетическая установка (Григорьев А.В., Ляпидов К.С., Макаров Л.С. Единая электроэнергетическая установка гидрографического судна на базе системы электродвижения переменного тока // Судостроение, 2006, №4, с.33-34), содержащая главные дизели, вращающие роторы главных трехфазных синхронных генераторов, выводы обмоток статоров которых подключены через автоматические выключатели к трехфазной линии питания главного распределительного щита. В состав известной судовой электроэнергетической установки входит также аварийный дизель-генератор, трехфазная обмотка статора которого через автоматический выключатель подключена к трехфазной линии аварийного распределительного щита, а линия аварийного распределительного щита через автоматический выключатель подключена к трехфазной линии главного распределительного щита, и стояночный дизель-генератор с трехфазной обмоткой статора через автоматический выключатель, также подключенной к трехфазной линии главного распределительного щита. К трехфазной линии главного распределительного щита подключены гребные электроприводы, состоящие из преобразователей частоты, включающих 12-пульсные выпрямители, автономные инверторы напряжения и гребные электродвигатели переменного тока с установленными на их валах винтами.A similar ship electric power plant is known (Grigoryev A.V., Lyapidov K.S., Makarov L.S. Unified electric power plant of a hydrographic vessel based on an alternating current electric propulsion system // Sudostroenie, 2006, No. 4, p. 33-34) containing main diesels, rotating rotors of the main three-phase synchronous generators, the terminals of the stators windings of which are connected via circuit breakers to the three-phase power line of the main switchboard. A well-known marine electric power plant also includes an emergency diesel generator, the three-phase stator winding of which is connected through a circuit breaker to the three-phase line of the emergency switchboard, and the emergency distribution line through the circuit breaker is connected to the three-phase line of the main distribution panel, and a parking diesel generator with three-phase stator winding through a circuit breaker, also connected to the three-phase line of the main distributor st shield. The three-phase line of the main switchboard is connected to the rowing electric drives, consisting of frequency converters, including 12-pulse rectifiers, stand-alone voltage inverters and AC alternating motors with screws mounted on their shafts.

Однако в аналоге гребные электроприводы, которые являются на судах с электродвижением основными потребителями электроэнергии (мощность гребных электроприводов может превышать суммарную мощность остальных судовых потребителей), питаются не напрямую от линии главного распределительного щита, а через трансформаторы, что снижает КПД судовой электроэнергетической установки, повышает ее стоимость, массу и габариты.However, in an analogue, rowing electric drives, which are the main consumers of electricity on ships with electric propulsion (the capacity of rowing electric drives may exceed the total capacity of other ship consumers), are fed not directly from the main switchboard line, but through transformers, which reduces the efficiency of the ship’s electric power plant, increases it cost, weight and dimensions.

Кроме того, эта установка имеет следующие недостатки:In addition, this installation has the following disadvantages:

- повышенный уровень гармоник в токе, потребляемом из сети;- increased level of harmonics in the current consumed from the network;

- питание инверторов нестабилизированным выпрямленным напряжением и отсутствие возможности рекуперации электроэнергии в сеть судовых электропотребителей в маневровых режимах;- power supply of inverters with unstabilized rectified voltage and the lack of the possibility of energy recovery in the network of ship electrical consumers in shunting modes;

- электромеханическая компенсация реактивной мощности только при переводе стояночного генераторного агрегата судовой электростанции в режим компенсатора;- Electromechanical compensation of reactive power only when the parking generator set of the ship power station is in compensator mode;

- отсутствия возможности симметрирования трехфазной системы питающих напряжений при различной загрузке фаз.- the lack of the possibility of balancing a three-phase system of supply voltages with different loading phases.

Известна судовая электроэнергетическая установка (патент №2436708, опубл. 20.12.2011, авторы: Васин И.М., Сеньков А.П., Паперж Ю.Е., Токарев Л.Н.), принятая за прототип, содержащая главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, обмотки статора которых через автоматические выключатели подключены к линии питания главного распределительного щита, преобразователи частоты, каждый из которых состоит из 12-пульсного выпрямителя и автономного инвертора, к выходу которого подключен гребной электродвигатель. В установку также входит аварийный дизель-генератор, обмотка статора которого через автоматический выключатель подключена к линии питания аварийного распределительного щита. На статоре каждого главного генератора размещаются две аналогичные трехфазные обмотки, линейные напряжения которых смещены на 30 электрических градусов. Главный распределительный щит имеет две трехфазные линии питания, к каждой из которых через автоматические выключатели подключены трехфазные обмотки статоров главных генераторов, линейные напряжения которых совпадают по фазе. К двум трехфазным линиям главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены входы 12-пульсных выпрямителей, входящих в состав преобразователей частоты, питающих гребные электродвигатели. К каждой из двух трехфазных линий главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены первичные обмотки двух трехфазных трансформаторов, соединенные звездой. При этом вторичная обмотка трансформатора, подключенного к первой трехфазной линии, соединена звездой, а вторичная обмотка второго трансформатора, подключенного ко второй линии, - треугольником. Вторичные обмотки обоих трехфазных трансформаторов через автоматические выключатели присоединены к трехфазной линии питания распределительного щита остальных судовых потребителей, к которой через автоматические выключатели подключена обмотка статора стояночного дизель-генератора, трехфазная линия распределительного щита аварийного дизель-генератора, а также фидеры и распределительные щиты отдельных судовых потребителей.Known ship electric power plant (patent No. 2436708, publ. 12/20/2011, authors: Vasin I.M., Senkov A.P., Paperzh Yu.E., Tokarev L.N.), adopted as a prototype containing main diesel engines or turbines and main synchronous generators, the stator windings of which are connected through the circuit breakers to the power line of the main switchboard, frequency converters, each of which consists of a 12-pulse rectifier and an autonomous inverter, to the output of which a rowing electric motor is connected. The installation also includes an emergency diesel generator, the stator winding of which through a circuit breaker is connected to the power line of the emergency switchboard. On the stator of each main generator are placed two similar three-phase windings, the linear voltages of which are offset by 30 electrical degrees. The main switchboard has two three-phase power lines, to each of which three-phase windings of the stators of the main generators are connected via circuit breakers, the linear voltages of which coincide in phase. The two three-phase lines of the main switchboard through the circuit breakers are connected to the inputs of 12-pulse rectifiers that are part of the frequency converters that feed the propeller motors. The primary windings of two three-phase transformers connected by a star are connected to each of the two three-phase lines of the main switchboard through circuit breakers. The secondary winding of the transformer connected to the first three-phase line is connected by a star, and the secondary winding of the second transformer connected to the second line is a triangle. The secondary windings of both three-phase transformers are connected via circuit breakers to the three-phase power line of the switchboard of the remaining ship consumers, to which the stator winding of the parking diesel generator, the three-phase line of the switchboard of the emergency diesel generator, and also the feeders and switchboards of individual ship consumers are connected .

Недостатками данной установки являются:The disadvantages of this installation are:

- применения нестандартных многофазных генераторов с более сложной электромагнитной системой возбуждения, которая должна обеспечить равномерное регулирование магнитных потоков для равенства амплитуд напряжений в двух отдельных трехфазных систем, а также конструктивного обеспечения точности заданных фазовых сдвигов между обмотками, что вызывает дополнительное повышение пульсаций напряжения на выходе 12-пульсных выпрямителей, возникновение уравнительных токов при синхронной работе с другим аналогичным генератором;- the use of non-standard multiphase generators with a more complex electromagnetic excitation system, which should ensure uniform regulation of magnetic fluxes for equal voltage amplitudes in two separate three-phase systems, as well as constructively ensuring the accuracy of the specified phase shifts between the windings, which causes an additional increase in voltage ripples at the output 12- pulse rectifiers, the occurrence of surge currents during synchronous operation with another similar generator;

- повышенный уровень гармоник в токе, потребляемом из сети;- increased level of harmonics in the current consumed from the network;

- пониженная надежность, экономичность, повышенные габариты и масса за счет применения генераторов с двумя отдельными трехфазными системами выходных напряжений и комплектов оборудования к ним;- reduced reliability, efficiency, increased dimensions and weight due to the use of generators with two separate three-phase output voltage systems and sets of equipment for them;

- питание инверторов нестабилизированным выпрямленным напряжением и отсутствие возможности рекуперации электроэнергии в сеть судовых электропотребителей в маневровых режимах;- power supply of inverters with unstabilized rectified voltage and the lack of the possibility of energy recovery in the network of ship electrical consumers in shunting modes;

- электромеханическая компенсация реактивной мощности потребителей только с помощью штатных генераторов судовой электростанции, переводимых в режим компенсаторов;- electromechanical compensation of reactive power of consumers only with the help of regular generators of a ship power station, transferred to the compensator mode;

- отсутствия возможности симметрирования трехфазной системы питающих напряжений при различной загрузке фаз.- the lack of the possibility of balancing a three-phase system of supply voltages with different loading phases.

Задача, решаемая изобретением, - расширение арсенала средств и создание новой судовой электроэнергетической установки с улучшенными энергетическими характеристиками и расширенными функциональными возможностями. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности:The problem solved by the invention is the expansion of the arsenal of funds and the creation of a new marine electric power plant with improved energy characteristics and expanded functionality. Achievable technical result is to enable:

- повышения качества и эффективного использования электроэнергии на шинах питания от главных трехфазных генераторов с электромагнитным возбуждением за счет управляемого выпрямителя, обеспечивающего фильтрацию потребляемого тока, стабилизацию выходного напряжения и возможность рекуперации электроэнергии для использования судовыми потребителями;- improving the quality and efficient use of electricity on power buses from the main three-phase generators with electromagnetic excitation due to a controlled rectifier that filters the current consumption, stabilizes the output voltage and the possibility of energy recovery for use by ship consumers;

- одновременного использования управляемого выпрямителя преобразователя частоты данной установки в качестве статического компенсатора реактивной мощности, в том числе и для симметрирования по модулю и фазе векторов напряжений в питающей сети при различной загрузке ее фаз.- the simultaneous use of a controlled rectifier of the frequency converter of this installation as a static reactive power compensator, including for balancing modulo and phase of the voltage vectors in the supply network with different loading of its phases.

Поставленная комплексная задача решается изменением функциональной схемы установки.The complex task is solved by changing the functional diagram of the installation.

Заявляемая судовая электроэнергетическая установка содержит главный двигатель, соединенный с главным генератором, который через электрическую цепь, имеющую в своем составе первый автоматический выключатель, главные шины и преобразователь частоты, соединен с гребным электродвигателем, подсоединяемым к гребному винту. Установка также имеет в своем составе шины электропотребителей, соединенные через трансформатор с главными шинами, и дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, который через второй автоматический выключатель подключен к шинам электропотребителей. От прототипа установка отличается тем, что в качестве главного генератора и дополнительного генератора использованы трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, снабженные на выходе соответственно первым и вторым датчиками тока фаз. Установка также дополнительно имеет локальную систему управления, выполненную с обеспечением возможности подключения к системе управления верхнего уровня, которая не входит в состав заявляемого объекта, а находится за его пределами. Локальная система управления подсоединена к первому и второму датчикам тока фаз, а также к датчику напряжения, установленному на шинах электропотребителей. Преобразователь частоты выполнен управляемым обратимым и содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером. В выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. С силовым входом управляемого выпрямителя соединен дроссель, подсоединенный другим выводом к датчику напряжения фаз и третьему автоматическому выключателю, который своим другим выводом подключен к главным шинам. Датчик напряжения фаз связан с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам. Оба контроллера также подсоединены к задатчику режимов, связанному с локальной системой управления.The inventive marine electric power plant includes a main engine connected to a main generator, which is connected to a propeller motor connected to the propeller via an electric circuit including a first circuit breaker, main buses and a frequency converter. The installation also includes power consumer buses connected through a transformer to the main buses, and an additional motor connected to an additional generator, which is connected to the power consumer buses through a second circuit breaker. The installation differs from the prototype in that three-phase generators with electromagnetic excitation are used as the main generator and additional generator, equipped with the first and second phase current sensors, respectively, at the output. The installation also additionally has a local control system, made with the possibility of connecting to a top-level control system, which is not part of the claimed object, but is located outside it. The local control system is connected to the first and second phase current sensors, as well as to a voltage sensor mounted on the buses of electrical consumers. The frequency converter is made controlled reversible and contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller. Current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A choke is connected to the power input of the controlled rectifier, connected by another terminal to a phase voltage sensor and a third circuit breaker, which is connected to the main buses by its other terminal. The phase voltage sensor is connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, a capacitor drive of the DC link is installed, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers. Both controllers are also connected to a mode dial associated with the local control system.

На фигуре представлена схема установки, на которой введены следующие обозначения:The figure shows the installation diagram, which introduced the following notation:

1 - главный двигатель, 2 - дополнительный двигатель, выполняющий функцию аварийного, резервного или стояночного, 3 - главный генератор, 4 - дополнительный генератор, 5 - первый автоматический выключатель, 6 - первый датчик тока фаз, 7 - главные шины, 8 - второй автоматический выключатель, 9 - второй датчик тока фаз, 10 - шины электропотребителей, 11 - третий автоматический выключатель, 12 - преобразователь частоты, обратимый и управляемый, 13 - гребной электродвигатель, 14 - винт фиксированного шага, 15 - четвертый автоматический выключатель, 16 - трансформатор, 17 - пятый автоматический выключатель, 18 - автоматические выключатели потребителей, 19 - управляемый выпрямитель, 20 - дроссель, 21 - первый датчик тока фаз преобразователя частоты, 22 - датчик напряжения фаз, 23 - первый датчик постоянного тока (датчик тока на выходе выпрямителя 19), 24 - конденсаторный накопитель звена постоянного тока, 25 - датчик постоянного напряжения, 26 - контроллер управляемого выпрямителя, 27 - второй датчик постоянного тока (датчик тока на входе инвертора), 28 - инвертор, 29 - второй датчик тока фаз преобразователя частоты, 30 - контроллер инвертора, 31 - задатчик режимов, 32- локальная система управления, 33 - датчик напряжения фаз, установленный на шинах электропотребителей, 34 - система управления верхнего уровня, 35 и 36 - межсекционные автоматические выключатели.1 - main engine, 2 - additional engine that performs the function of emergency, standby or parking, 3 - main generator, 4 - additional generator, 5 - first circuit breaker, 6 - first phase current sensor, 7 - main buses, 8 - second automatic a switch, 9 - a second phase current sensor, 10 - busbars of electric consumers, 11 - a third circuit breaker, 12 - a frequency converter, reversible and controllable, 13 - a propeller motor, 14 - a fixed-pitch screw, 15 - a fourth circuit breaker, 16 - a transformer, one 7 - fifth circuit breaker, 18 - consumer circuit breakers, 19 - controlled rectifier, 20 - inductor, 21 - first phase current sensor of the frequency converter, 22 - phase voltage sensor, 23 - first DC sensor (current sensor at the output of the rectifier 19) 24 - a capacitor storage device for a DC link, 25 - a DC voltage sensor, 26 - a controlled rectifier controller, 27 - a second DC sensor (current sensor at the inverter input), 28 - an inverter, 29 - a second phase current sensor of the frequency converter, 30 - control inverter 31 - dial mode, the local control system 32, 33 - Phase Voltage sensor mounted on the tire electrical load, 34 - upper-level control system, 35 and 36 - the intersectional breakers.

Судовая электроэнергетическая установка содержит главный двигатель 1 и дополнительный двигатель 2, каждый из которых механически соединен со своим соответственно главным электрическим генератором 3 и дополнительным электрическим генератором 4, которые выполнены трехфазными с электромагнитным возбуждением.The ship’s electric power installation comprises a main engine 1 and an additional engine 2, each of which is mechanically connected to its own main electric generator 3 and an additional electric generator 4, which are made three-phase with electromagnetic excitation.

Главный генератор 3 через первый автоматический выключатель 5, первый датчик тока фаз 6 соединен с главными шинами 7. Дополнительный генератор 4 через второй автоматический выключатель 8, второй датчик тока фаз 9 соединен с шинами 10 электропотребителей.The main generator 3 through the first circuit breaker 5, the first phase current sensor 6 is connected to the main buses 7. The additional generator 4 through the second circuit breaker 8, the second phase current sensor 9 is connected to the buses 10 of the electrical consumers.

Главные шины 7 через третий автоматический выключатель 11 соединен с силовым входом обратимого управляемого преобразователя частоты 12, силовой выход которого соединен с гребным электродвигателем 13, механически связанным с винтом 14 фиксированного шага.The main bus 7 through a third circuit breaker 11 is connected to a power input of a reversible controlled frequency converter 12, the power output of which is connected to a propeller 13, mechanically connected with a fixed-pitch screw 14.

Главные шины 7 через четвертый автоматический выключатель 15, понижающий трансформатор 16 и пятый автоматический выключатель 17 соединены с шинами 10 электропотребителей, к которым подключены судовые электропотребители через свои автоматические выключатели 18 (автоматические выключатели потребителей).The main bus 7 through the fourth circuit breaker 15, step-down transformer 16 and the fifth circuit breaker 17 are connected to the bus 10 of the consumers, which are connected to the ship's consumers through their circuit breakers 18 (circuit breakers consumers).

Обратимый преобразователь частоты 12 в своей структуре содержит: управляемый выпрямитель 19, к силовому входу которого через дроссель 20 подключен первый датчик тока фаз 21 преобразователя частоты, противоположные силовые зажимы которого являются входом преобразователя частоты 12, и к ним подключен датчик 22 напряжения фаз. Силовой выход управляемого выпрямителя 19 через первый датчик 23 постоянного тока подключен к конденсаторному накопителю 24 звена постоянного тока. Сюда же подключен и датчик постоянного напряжения 25 управляемого выпрямителя. Информационные цепи датчиков 21, 22, 23, 25 подключены к контроллеру 26 управляемого выпрямителя 19.The reversible frequency converter 12 in its structure comprises: a controlled rectifier 19, to the power input of which a first phase current sensor 21 of the frequency converter is connected via a choke 20, the opposite power terminals of which are the input of the frequency converter 12, and a phase voltage sensor 22 is connected to them. The power output of the controlled rectifier 19 through the first DC sensor 23 is connected to a capacitor storage 24 DC link. A DC sensor 25 of the controlled rectifier is also connected here. The information circuit of the sensors 21, 22, 23, 25 are connected to the controller 26 of the controlled rectifier 19.

К конденсаторному накопителю 24 звена постоянного тока через второй датчик 27 постоянного тока подключен силовой вход инвертора 28, а силовой выход инвертора 28 через второй датчик тока фаз 29 преобразователя частоты (противоположные силовые зажимы которого являются выходом преобразователя частоты 12) - к обмоткам статора гребного электродвигателя 13. Вход управления инвертора 28 соединен с выходом своего контроллера 30, а входы последнего - с информационными цепями датчиков 25, 27 и 29.The power input of the inverter 28 is connected to the capacitor drive 24 of the DC link through the second DC sensor 27, and the power output of the inverter 28 through the second phase current sensor 29 of the frequency converter (the opposite power terminals of which are the output of the frequency converter 12) to the stator windings of the outboard motor 13 The control input of the inverter 28 is connected to the output of its controller 30, and the inputs of the latter are connected to the information circuits of the sensors 25, 27, and 29.

Входы управления контроллеров 26 и 30 соединены с задатчиком режимов 31, который своим входом по интерфейсу соединен с локальной системой управления 32.The control inputs of the controllers 26 and 30 are connected to the mode dial 31, which is connected via an interface to the local control system 32.

Информационные входы локальной системы управления 32 связаны с первым и вторым датчиками тока фаз 6 и 9, а также с датчиком напряжения фаз 33 на шинах электропотребителей.The information inputs of the local control system 32 are connected with the first and second current sensors of phases 6 and 9, as well as with the voltage sensor of phases 33 on the buses of electric consumers.

Локальная система управления 32 связана по интерфейсу с системой управления 34 верхнего уровня.The local control system 32 is connected via an interface with the control system 34 of the upper level.

Главные шины 7 и шины 10 электропотребителей с помощью межсекционных автоматических выключателей 35 и 36, а система управления 34 верхнего уровня - по интерфейсу, могут соединяться соответственно с главными шинами, шинными электропотребителей и локальными системами управления других аналогичных судовых электроэнергетических установок (при их наличии).The main bus 7 and bus 10 of the electrical consumers using intersectional circuit breakers 35 and 36, and the control system 34 of the upper level via the interface, can be connected respectively to the main tires, bus electrical consumers and local control systems of other similar marine electrical power plants (if any).

Судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом.Marine electric installation works as follows.

По сигналу, поступающему на вход локальной системы управления 32 от системы управления 34 верхнего уровня, установка может быть переведена в The signal supplied to the input of the local control system 32 from the control system 34 of the upper level, the installation can be converted into

следующие основные режимы работы:The following main operating modes:

- режимы движения и торможения с компенсацией собственной реактивной мощности, генерируемой в главных шинах 7;- modes of movement and braking with compensation of its own reactive power generated in the main tires 7;

- режимы движения и торможения с компенсацией реактивной мощности, генерируемой на главных шинах 7 понижающим трансформатором 16 и судовыми электропотребителями;- driving and braking modes with reactive power compensation generated on the main tires 7 by a step-down transformer 16 and ship electrical consumers;

- режим симметрирования по модулю и фазе напряжения на главных шинах 7.- balancing mode modulo and phase voltage on the main buses 7.

В режиме движения и торможения с компенсацией собственной реактивной мощности, генерируемой в главных шинах 7, локальная система управления 32, через задатчик режимов 31, выдает сигналы задания в контроллеры 26 и 30 обратимого преобразователя частоты 12, которые переводят управляемый выпрямитель 19 в режим управляемого выпрямления напряжения, поступающего от главных шин 7 через включенный третий автоматический выключатель 11 и его стабилизации на конденсаторном накопителе 24 звена постоянного тока. Одновременно, инвертор 28 переводится в режим формирования трехфазной системы напряжений с амплитудой и частотой, определяемой контроллером 30 инвертора в соответствии с принципом векторного управления электроприводом.In the driving and braking mode with compensation of the own reactive power generated in the main buses 7, the local control system 32, through the mode dial 31, provides reference signals to the controllers 26 and 30 of the reversible frequency converter 12, which put the controlled rectifier 19 in the controlled voltage rectification mode coming from the main buses 7 through the included third circuit breaker 11 and its stabilization on the capacitor storage 24 DC link. At the same time, the inverter 28 is transferred to the formation mode of a three-phase voltage system with the amplitude and frequency determined by the inverter controller 30 in accordance with the principle of vector control of the electric drive.

Гребной электродвигатель 13 с винтом фиксированного шага приводятся во вращение с заданной системой управления 34 скоростью.A rowing electric motor 13 with a fixed pitch propeller is rotated at a predetermined speed control system 34.

При этом управляемый выпрямитель 19 в режиме управляемого выпрямления обеспечивает предварительный заряд конденсаторного накопителя 24 и формирует ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону, и с его помощью воспроизводит на зажимах дросселя 20 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающейся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на главных шинах 7.In this case, the controlled rectifier 19 in the controlled rectification mode provides a preliminary charge to the capacitor bank 24 and generates a PWM voltage modulated according to a sinusoidal law, and with its help reproduces on the terminals of the inductor 20 a three-phase system of sinusoidal voltage vectors with a given module and a shift angle for each phase, rotating synchronously with a three-phase system of voltage vectors on the main buses 7.

В выходной цепи управляемого выпрямителя 19, подключенной через первый датчик постоянного тока 23 к конденсаторному накопителю 24, нарастает ток под управлением контроллера 26. Датчик постоянного напряжения 25 передает сигнал обратной связи по напряжению на конденсаторном накопителе 24 для регулирования (стабилизации) контроллером 26 напряжения на заданном уровне.In the output circuit of the controlled rectifier 19, connected through the first DC sensor 23 to the capacitor bank 24, current increases under the control of the controller 26. The DC voltage sensor 25 transmits a voltage feedback signal to the capacitor bank 24 for regulation (stabilization) by the voltage controller 26 at a predetermined level.

Одновременно во входной цепи управляемого выпрямителя 19 нарастают фазные токи, амплитуды и фазы которых определяются векторной суммой напряжений на главных шинах 7 и ШИМ-напряжений, воспроизводимых управляемым выпрямителем 19 на своем входе.At the same time, phase currents increase in the input circuit of the controlled rectifier 19, the amplitudes and phases of which are determined by the vector sum of the voltages on the main buses 7 and the PWM voltages reproduced by the controlled rectifier 19 at its input.

Информация о значениях этих токов, измеряемых первым датчиком тока фаз 21 в каждой фазе и линейных напряжениях на главных шинах 7, через замкнутый третий автоматический выключатель 11, измеряемых датчиком напряжения фаз 22, представляется в контроллер 26.Information about the values of these currents measured by the first phase current sensor 21 in each phase and the line voltages on the main buses 7, through a closed third circuit breaker 11, measured by the phase voltage sensor 22, is presented to the controller 26.

В контроллере 26 по информации, поступающей с датчиков 21, 22, 23 и 25, вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на входе управляемого выпрямителя 19, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений на главных шинах 7, между вектором напряжения на главных шинах 7 и вектором тока управляемого выпрямителя 19, измеряемого датчиком тока фаз 21, был заданный угол сдвига. Для компенсации реактивной мощности на главных шинах 7 этот угол должен быть близким к нулю.In the controller 26 according to the information received from the sensors 21, 22, 23 and 25, the modules and phase angles of the voltage vectors are calculated, which must be reproduced at the input of the controlled rectifier 19 so that, as a result of the addition of these vectors with the voltage vectors on the main buses 7, between the voltage vector on the main buses 7 and the current vector of the controlled rectifier 19, measured by the phase current sensor 21, was a predetermined angle of shift. To compensate for reactive power on the main buses 7, this angle should be close to zero.

Постоянное напряжение конденсаторного накопителя 24 преобразуется под управлением контроллера 30, получающего информацию с датчиков 25, 27 и 29, инвертором 28 в ШИМ-напряжение для питания трехфазных обмоток статора гребного электродвигателя 13.The constant voltage of the capacitor bank 24 is converted under the control of the controller 30, which receives information from the sensors 25, 27 and 29, by the inverter 28 into a PWM voltage to power the three-phase stator windings of the propeller motor 13.

Перевод в режим торможения с компенсацией собственной реактивной мощности производится по сигналу от системы управления верхнего уровня 34. При этом инвертор 28 обеспечивает генераторный режим гребного электродвигателя 13, а управляемый выпрямитель 19 меняет направление тока на 180 электрических градусов, амплитудное значение которого задается с учетом уровня загрузки главного генератора 3, определяемого с помощью датчика тока фаз 6. В случае отсутствия включенных судовых потребителей, потребление энергии торможения реализуется традиционным способом - включением тормозных резисторов в звене постоянного тока преобразователя частоты (не показаны).Transfer to the braking mode with compensation of the own reactive power is carried out by a signal from the upper-level control system 34. In this case, the inverter 28 provides the generator mode of the rowing electric motor 13, and the controlled rectifier 19 changes the current direction by 180 electric degrees, the amplitude value of which is set taking into account the load level the main generator 3, determined using the phase current sensor 6. In the absence of included ship consumers, the consumption of braking energy is realized traditionally ny way - by turning on the braking resistors in the DC link of the frequency converter (not shown).

В режимах движения и торможения с компенсацией реактивной мощности, генерируемой на главных шинах 7 трансформатором 16 и судовыми потребителями, по заданию системы управления 34 верхнего уровня и сигналам датчиков, обрабатываемых локальной системой управления 32, управляемый выпрямитель 19 обеспечивает на главных шинах 7 импеданс, обеспечивающий заданный угол сдвига между векторами напряжения на главных шинах и входного тока обратимого преобразователя частоты 12.In the driving and braking modes with reactive power compensation generated on the main buses 7 by the transformer 16 and ship consumers, on the instructions of the upper-level control system 34 and the signals of the sensors processed by the local control system 32, the controlled rectifier 19 provides an impedance on the main buses 7, providing the specified the shift angle between the voltage vectors on the main buses and the input current of a reversible frequency converter 12.

При этом угол сдвига между векторами токов и напряжений в соответствующих фазах главного генератора 3, измеряемых датчиками 21 и 22, будет близким к нулю.In this case, the angle of shift between the vectors of currents and voltages in the corresponding phases of the main generator 3, measured by sensors 21 and 22, will be close to zero.

В стояночном, технологическом или аварийном режиме судна, его движение и питание судовых потребителей может осуществляться от дополнительного генератора 4 через включенные автоматические выключатели 8, 15, 17 и трансформатор 16 под контролем тока нагрузки генератора 4 вторым датчиком тока фаз 9.In the parking, technological or emergency mode of the vessel, its movement and power to ship consumers can be carried out from an additional generator 4 through the included circuit breakers 8, 15, 17 and transformer 16 under the control of the load current of the generator 4 by the second phase current sensor 9.

Режим симметрирования по модулю и фазе векторов трехфазной системы напряжений на главных шинах 7 осуществляется по сигналам датчика 22 и формирования управляемым выпрямителем 19 компенсирующего воздействия под управлением контроллера 26. Этот режим может осуществляться по сигналу системы управления 34 верхнего уровня. Как описано выше, управляемый выпрямитель 19 с помощью ШИМ воспроизводит на зажимах дросселя 20 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающуюся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на главных шинах 7. При этом векторы трехфазной системы напряжений выравниваются по модулю с обеспечением взаимного фазового сдвига в 120 электрических градусов.The mode of balancing modulo and phase of the vectors of the three-phase voltage system on the main buses 7 is carried out according to the signals of the sensor 22 and the formation of a compensating influence controlled by the rectifier 19 under the control of the controller 26. This mode can be performed according to the signal of the upper level control system 34. As described above, the controlled rectifier 19 using the PWM reproduces on the terminals of the inductor 20 a three-phase system of sine voltage vectors with a given module and a shear angle for each phase, rotating synchronously with a three-phase system of voltage vectors on the main buses 7. In this case, the vectors of the three-phase voltage system are aligned in module with mutual phase shift of 120 electrical degrees.

Таким образом, применение в изобретении обратимого преобразователя с управляемым выпрямителем и обратными связями по току и напряжению позволяет судовой электроэнергетической установке работать как в двигательном, так и в тормозном режиме СЭД с обеспечением энергосбережения путем использования возвращаемой электроэнергии судовыми электропотребителями при управлении движением, а также и в аварийных, технологических и стояночных режимах. Кроме того, схема позволяет осуществлять стабилизацию напряжения в звене постоянного тока и повышать качество электроэнергии за счет компенсации статическим преобразователем реактивной мощности и симметрирования по модулю и фазе напряжения в судовой трехфазной сети при различных загрузках ее фаз, что, в свою очередь, повышает надежность и рабочий ресурс установки в целом, снижает шумы и вибрации электрооборудования.Thus, the use in the invention of a reversible converter with a controlled rectifier and current and voltage feedbacks allows the ship’s electric power plant to operate both in the motor and in the braking mode of the EDMS with energy saving by using the returned electricity by ship’s consumers in traffic control, as well as in emergency, technological and parking conditions. In addition, the circuit allows for voltage stabilization in the DC link and to improve the quality of electricity by compensating with a static converter for reactive power and balancing the voltage module and phase in a three-phase ship’s network at different loads of its phases, which, in turn, increases reliability and operational resource installation as a whole, reduces noise and vibration of electrical equipment.

Claims (1)

Судовая электроэнергетическая установка, содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, который через электрическую цепь, имеющую в своем составе первый автоматический выключатель, главные шины и преобразователь частоты, соединен с гребным электродвигателем, подсоединяемым к гребному винту, содержащая также шины электропотребителей, соединенные через трансформатор с главными шинами, и содержащая дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, который через второй автоматический выключатель подключен к шинам электропотребителей, отличающаяся тем, что в качестве главного генератора и дополнительного генератора использованы трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, снабженные на выходе соответственно первым и вторым датчиками тока фаз, установка также дополнительно имеет локальную систему управления, выполненную с обеспечением возможности подключения к системе управления верхнего уровня, локальная система управления подсоединена к первому и второму датчикам тока фаз, а также к датчику напряжения, установленному на шинах электропотребителей, при этом преобразователь частоты выполнен управляемым обратимым и содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера, с силовым входом управляемого выпрямителя соединен дроссель, подсоединенный другим выводом к датчику напряжения фаз и третьему автоматическому выключателю, который своим другим выводом подключен к главным шинам, при этом датчик напряжения фаз связан с контроллером выпрямителя, в цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к задатчику режимов, связанному с локальной системой управления. Marine electric power plant comprising a main engine connected to a main generator, which, through an electric circuit comprising a first circuit breaker, main buses and a frequency converter, is connected to a propeller motor connected to a propeller, which also contains consumer buses connected via a transformer with the main tires, and containing an additional engine connected to an additional generator, which through the second circuit breaker p It is connected to the buses of electric consumers, characterized in that three-phase generators with electromagnetic excitation are used as the main generator and additional generator, equipped with the first and second phase current sensors respectively, the installation also additionally has a local control system, made possible to connect to the control system top level, the local control system is connected to the first and second phase current sensors, as well as to the voltage sensor, setting to the electric buses, while the frequency converter is made controlled reversible and contains serially connected controlled rectifiers and inverters, each of which is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller, a choke is connected to the power input of the controlled rectifier, connected to the phase voltage sensor by another output, and to the third circuit breaker, which is connected to the main buses with its other output, while the phase voltage sensor is connected to the rectifier controller, a capacitor drive of the DC link is installed in the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter voltage connected to both controllers, which are also connected to the mode dial associated with the local control system.
RU2012124939/11A 2012-06-08 2012-06-08 Ship electric power generator RU2503580C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124939/11A RU2503580C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Ship electric power generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124939/11A RU2503580C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Ship electric power generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012124939A RU2012124939A (en) 2013-12-20
RU2503580C1 true RU2503580C1 (en) 2014-01-10

Family

ID=49784674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012124939/11A RU2503580C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Ship electric power generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503580C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622175C1 (en) * 2015-12-25 2017-06-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерная компания "Объектные системы автоматики" (ООО "НИК "ОСА") Screw propeller electromechanical drive of the vessel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1623078A1 (en) * 1989-03-21 1995-09-10 А.К. Васильев Shipboard electric generating plant
RU2146209C1 (en) * 1999-01-06 2000-03-10 Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова Marine power plant
RU2146635C1 (en) * 1998-12-30 2000-03-20 Государственная морская академия им.адмирала С.О.Макарова Marine power plant
RU2375804C2 (en) * 2008-01-09 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Ship electric power system
RU2436708C1 (en) * 2010-09-20 2011-12-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Ship electric power generator unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1623078A1 (en) * 1989-03-21 1995-09-10 А.К. Васильев Shipboard electric generating plant
RU2146635C1 (en) * 1998-12-30 2000-03-20 Государственная морская академия им.адмирала С.О.Макарова Marine power plant
RU2146209C1 (en) * 1999-01-06 2000-03-10 Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова Marine power plant
RU2375804C2 (en) * 2008-01-09 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Ship electric power system
RU2436708C1 (en) * 2010-09-20 2011-12-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Ship electric power generator unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622175C1 (en) * 2015-12-25 2017-06-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерная компания "Объектные системы автоматики" (ООО "НИК "ОСА") Screw propeller electromechanical drive of the vessel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012124939A (en) 2013-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. A review of DC shipboard microgrids—Part I: Power architectures, energy storage, and power converters
RU2551411C2 (en) Power distribution system
Ghimire et al. Shipboard electric power conversion: System architecture, applications, control, and challenges [technology leaders]
JP5508672B2 (en) Power generation method and apparatus
EP3619787B1 (en) Electric charging system and method
US6150731A (en) Integrated high frequency marine power distribution arrangement with transformerless high voltage variable speed drive
RU2436708C1 (en) Ship electric power generator unit
US8610308B2 (en) System and method for electrical power conversion
JPH05219654A (en) Power system for ship
WO2015183353A1 (en) Electric power generation and distribution for islanded or weakly-connected systems
US9680344B2 (en) Multiphase electrical machine and method of use
CA2801820C (en) Method for feeding electrical power into a three-phase ac voltage system
RU124246U1 (en) SHIP ELECTRIC POWER PLANT
Pucci et al. Electric ship propulsion improvement by increasing efficiency of adjustable-speed motor drives
RU2503580C1 (en) Ship electric power generator
RU2493047C1 (en) Ship shaft-driven generator
Yasakov et al. Methods for Improving the Quality of Electric Power in the Unified Marine Power Systems
Shi et al. Comparison of solid-state frequency converter and rotary frequency converter in 400Hz power system
JPWO2005031939A1 (en) Electric motor drive system
RU137014U1 (en) SHIP ELECTRIC POWER PLANT
RU132774U1 (en) SHIP ELECTRIC POWER PLANT
RU2544029C2 (en) Ship electric power plant
Moses et al. Fault Dynamics in a Multi-Generator MVDC Marine Power System Architecture
CN213906308U (en) Ship power supply system of dynamic voltage restorer based on superconducting energy storage
Zhang Comparison of Diode Rectifier and Active-Front-End for Synchronous Generators Suppling DC Loads for Maritime Applications