RU2661902C1 - Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот - Google Patents

Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот Download PDF

Info

Publication number
RU2661902C1
RU2661902C1 RU2017135191A RU2017135191A RU2661902C1 RU 2661902 C1 RU2661902 C1 RU 2661902C1 RU 2017135191 A RU2017135191 A RU 2017135191A RU 2017135191 A RU2017135191 A RU 2017135191A RU 2661902 C1 RU2661902 C1 RU 2661902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
voltage
power
phase
main
Prior art date
Application number
RU2017135191A
Other languages
English (en)
Inventor
Валентин Петрович Александров
Борис Алексеевич Скворцов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2017135191A priority Critical patent/RU2661902C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661902C1 publication Critical patent/RU2661902C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Использование: в области электроэнергетики. Техническим результатом является существенное снижение по сравнению с прототипом расчетной полной мощности, следовательно, массы и габаритов преобразующих устройств в составе электросети низкого напряжения промышленной частоты, а также улучшение параметров качества электроэнергии в указанной электросети, в т.ч. по гармоническим составляющим высокого порядка. В судовой электроэнергетической системе (ЭЭС) переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот содержатся две электросети, в одной из которых в качестве источника электроэнергии высокого напряжения повышенной частоты используют главные турбогенераторы (ТГ) синхронного типа, а в другой в качестве источника электроэнергии низкого напряжения промышленной частоты - ТГ асинхронного типа с фазным ротором. Причем в цепь трехфазной обмотки фазного ротора ТГ асинхронного типа подключают обратимый преобразователь частоты. Оба ТГ попарно располагаются на общем валу с приводной турбиной без промежуточного понижающего редуктора и вращаются с повышенной частотой вращения ω1=628 рад/с (6000 об/мин). Электроэнергия, генерируемая обоими ТГ, распределяется при помощи двух электросетей переменного напряжения, одна из которых высокого напряжения (до ~10,5кВ) повышенной частоты 100 или 200 Гц предназначена для питания системы электродвижения, а другая низкого напряжения (~0,4 кВ) промышленной частоты 50 Гц предназначена для питания общесудовых потребителей. 1 ил., 1 табл.

Description

1.1. Область техники. Настоящее изобретение относится к области электроэнергетических систем с системами производства, преобразования и распределения электроэнергии. В частности, может относиться к судовым электроэнергетическим системам с турбогенераторными источниками переменного напряжения с двумя различными параметрами по напряжению и частоте, а именно, высокого напряжения повышенной частоты - для питания системы электродвижения и низкого напряжения промышленной частоты - для питания общесудовых потребителей.
1.2. Уровень техники. Известны судовые электроэнергетические системы (ЭЭС) с системами электродвижения (СЭД), имеющие на борту электросети с разными видами электроэнергии, построенные как по схеме автономного питания СЭД, так и питания от единой ЭЭС, описанные, например, в [1; 2; 3]. В указанных ЭЭС питание СЭД осуществляют, как правило, от электросетей переменного напряжения промышленной частоты 50 (60) Гц, в которых в качестве источников электроэнергии используют синхронные турбогенераторы с частотой вращения не более 3000 (3600) об/мин.
Учитывая, что для турбогенераторов в качестве первичных двигателей используют паровые или газовые турбины, рабочая частота вращения которых находится в пределах 628-942 рад/с (6000-9000 об/мин), то на выходном валу турбины обычно устанавливают промежуточный понижающий редуктор [4].
Известно, что электрооборудование электростанций и электросетей, в частности, генераторы и трансформаторы на повышенную частоту переменного напряжения, например, на 100 Гц или 200 Гц могут обладать существенно меньшими массо-объемными показателями по сравнению с аналогичным оборудованием, рассчитанным на промышленную частоту 50 (60) Гц [3; 5].
Близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является судовая ЭЭС [2] (аналог), которая имеет на борту электростанцию переменного напряжения, предположительно, промышленной частоты и, по крайней мере, две электросети с разными видами электроэнергии, а именно, переменного тока и постоянного тока.
В составе электросети постоянного тока присутствуют автономные инверторы напряжения, которые обеспечивают электропитание некоторой части потребителей переменного тока со значениями частоты и (или) напряжения, отличающимися от таковых в электросети переменного тока.
Однако указанная ЭЭС обладает достаточно сложной системой распределения электроэнергии переменного тока, включающей в себя двухзвенную структуру ее преобразования с промежуточным звеном постоянного тока, включая распределительные щиты, управляемые выпрямители, устройства фильтрации и пуска автономных инверторов напряжения.
Указанные свойства судовой ЭЭС [2] существенно увеличивают массу и габариты электрооборудования, снижают структурную надежность и увеличивают потери мощности в системе распределения электроэнергии.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой судовой ЭЭС является судовая ЭЭС [3] (прототип), в которой единая электростанция с турбогенераторами повышенной частоты вращения n=628 рад/с (6000 об/мин), вращающимися от вала турбины без промежуточного понижающего редуктора, генерирует электроэнергию высокого напряжения повышенной частоты.
Распределяется электроэнергия при помощи двух электросетей переменного напряжения с двумя различными параметрами по напряжению и частоте, а именно, высокого напряжения повышенной частоты (200 Гц) для питания СЭД, и низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты 50 (60) Гц для питания общесудовых потребителей. Причем в состав электросети низкого напряжения промышленной частоты введена централизованная система отбора мощности (СОМ), в качестве которой используются каскадные матричные преобразователи частоты с силовыми трансформаторами, рассчитанными на суммарную полную мощность общесудовых потребителей.
Однако указанное свойство СОМ существенно увеличивает массу и габариты электрооборудования, а также потери мощности в составе указанной электросети, что является недостатком прототипа. При этом СОМ, хотя и обеспечивает необходимый уровень параметров качества электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013 (суммарный коэффициент KU гармонических составляющих до 40-го порядка, не более 10%), обладает существенным влиянием на электросеть по гармоническим составляющим более высокого порядка (свыше 40-й гармоники).
Задачей предложенного технического решения судовой электроэнергетической системы является существенное снижение по сравнению с прототипом [3] расчетной полной мощности, следовательно, массы и габаритов преобразовательной электросети, в т.ч. по гармоническим составляющим высокого порядка.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в судовой электроэнергетической системе переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот, содержащей n (где n=1, 2, …) главных турбогенераторов синхронного типа высокого напряжения повышенной частоты, вращающихся с повышенной частотой от вала приводной турбины, две электрических сети переменного напряжения с главными распределительными щитами высокого напряжения повышенной частоты и главными распределительными щитами низкого напряжения промышленной частоты; систему электродвижения, состоящую из m (где m=1, 2…) гребных электродвигателей переменного тока и необходимого количества каскадных преобразователей частоты с силовыми трансформаторами; мощные потребители переменного тока повышенной частоты с каскадными преобразователями частоты и без каскадных преобразователей частоты, вспомогательные дизель-генераторы низкого напряжения промышленной частоты, общесудовые потребители промышленной частоты, имеются следующие отличия: в состав электрической сети низкого напряжения промышленной частоты дополнительно введены n обратимых преобразователей частоты с силовыми трансформаторами и n турбогенераторов асинхронного типа с фазным ротором, которые попарно размещены на общем валу с n главными турбогенераторами синхронного типа, при этом в цепь обмотки фазного ротора каждого турбогенератора асинхронного типа подключены выходные зажимы каждого обратимого преобразователя частоты с силовыми трансформаторами, первичные обмотки которых подключены к главным распределительным щитам высокого напряжения повышенной частоты, а выходные зажимы трехфазной обмотки статора каждого турбогенератора асинхронного типа подключены к главным распределительным щитам низкого напряжения промышленной частоты, причем угловую частоту вращения ω2=2πƒ2/p2 основной волны намагничивающих сил обмотки фазного ротора турбогенератора асинхронного типа направляют в противоположную сторону относительно направления угловой частоты вращения фазного ротора ω1=2πƒ1/р1, где p1 - число пар полюсов турбогенератора синхронного типа, р2 - число пар полюсов турбогенератора асинхронного типа с фазным ротором.
В трехфазной обмотке статора главного турбогенератора (ТГ) синхронного типа генерируется электроэнергия высокого напряжения повышенной частоты 100 или 200 Гц для питания СЭД с гребными электродвигателями (ГЭД) и других мощных потребителей, а в трехфазной обмотке статора ТГ асинхронного типа с фазным ротором генерируется электроэнергия низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты 50 Гц для питания общесудовых потребителей. При этом в цепь обмотки фазного ротора подключают обратимый преобразователь частоты с силовыми трансформаторами, суммарная расчетная полная мощность которых составляет ориентировочно 50% от суммарной полной мощности общесудовых потребителей.
Тем самым существенно уменьшается расчетная полная мощность преобразующих устройств в составе электросети низкого напряжения промышленной частоты 50 Гц и одновременно обеспечивается снижение суммарного коэффициента гармонических составляющих KU до значения, не более 3-4%, в т.ч. по гармоникам выше 40-го порядка.
Указанный технический результат в предложенной судовой ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот достигается за счет того, что предусмотрены следующие отличия от прототипа:
1. Из состава электросети низкого напряжения промышленной частоты исключают централизованную систему отбора мощности (СОМ), построенную на основе каскадных матричных преобразователей частоты с силовыми трансформаторами, первичные обмотки которых подключены к главному распределительному щиту (ГРЩ) электросети высокого напряжения повышенной частоты, а выходные зажимы - к ГРЩ электросети низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты 50 Гц.
2. В состав электросети низкого напряжения промышленной частоты дополнительно вводят турбогенератор асинхронного типа с фазным ротором, который располагают на общем валу с главным турбогенератором синхронного типа, и обратимый преобразователь частоты с силовыми трансформаторами. Выходные зажимы трехфазной обмотки статора турбогенератора асинхронного типа подключают к ГРЩ электросети низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты 50 Гц. При этом в цепь обмотки фазного ротора подключают выходные зажимы обратимого преобразователя частоты с силовыми трансформаторами, первичные обмотки которых подключают к ГРЩ электросети высокого напряжения повышенной частоты.
1.3 Краткое описание чертежей.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображена структурная схема судовой ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот.
В представленной схеме (фиг. 1) судовой ЭЭС используются следующие обозначения: 1 - главные ТГ синхронного типа; 2 - ТГ асинхронного типа с фазным ротором; 3 - приводная турбина; 4 - ГРЩ высокого напряжения повышенной частоты; 5 - ГРЩ низкого напряжения промышленной частоты; 6 - система электродвижения с ГЭД и 6.1, каскадными преобразователями частоты 6.2, силовыми трансформаторами 6.3; 7 - мощные потребители с каскадными преобразователями частоты 7.1 и силовыми трансформаторами 7.2; 8 - мощные потребители без преобразователей частоты; 9 - обратимые преобразователи частоты (ОПЧ) с силовыми трансформаторами 9.1; 10, 11, 12 - общесудовые потребители промышленной частоты; 13 - вспомогательные дизель-генераторы низкого напряжения промышленной частоты; 14 - ввод низкого напряжения промышленной частоты; 15 - источники бесперебойного питания; 16 - индивидуальные преобразующие устройства.
1.3. Раскрытие изобретения.
Предложенное техническое решение судовой ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот заключается в том, что в ее составе содержатся две электросети, в одной из которых в качестве источника электроэнергии высокого напряжения повышенной частоты используют главные турбогенераторы (ТГ) 1 синхронного типа, а в другой в качестве источника электроэнергии низкого напряжения промышленной частоты 50 Гц - ТГ 2 асинхронного типа с фазным ротором. Оба ТГ 1,2 располагают на общем валу и вращают с повышенной частотой вращения ω1=628 рад/с (6000 об/мин) непосредственно от приводной турбины 3.
Электроэнергия в каждой электросети распределяется при помощи главных распределительных щитов (ГРЩ) 4 высокого напряжения повышенной частоты 100 или 200 Гц и ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты 50 Гц.
В составе электросети низкого напряжения промышленной частоты обеспечивается по сравнению с прототипом [3] существенное уменьшение расчетной полной мощности преобразующих устройств ориентировочно на 50% и снижение суммарного коэффициента гармонических составляющих KU до значения, не более 3-4%.
Предлагаемая судовая ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот содержит n (где n=1, 2, …) главных ТГ 1 синхронного типа, генерирующих электроэнергию высокого напряжения повышенной частоты ƒ1=100 или 200 Гц и n ТГ 2 асинхронного типа с фазным ротором, генерирующих электроэнергию низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты ƒs=50 Гц, которые попарно располагают на общем валу с главными ТГ1 синхронного типа и вращаются с повышенной частотой ω1=628 рад/с (6000 об/мин) от вала приводной турбины 3; выходные зажимы трехфазной обмотки статора ТГ2 асинхронного типа подключают к ГРЩ 5 электросети низкого напряжения промышленной частоты 50 Гц. В цепь обмотки фазного ротора подключают выходные зажимы обратимого преобразователя частоты 9 с силовыми трансформаторами 9.1, первичные обмотки которых подключают к ГРЩ 4 электросети высокого напряжения повышенной частоты; две электрических сети переменного напряжения с ГРЩ 4 высокого напряжения повышенной частоты, к которым подключены выходные зажимы трехфазной обмотки статора главных ТГ1 синхронного типа, и ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты, к которым подключены выходные зажимы трехфазной обмотки статора ТГ 2 асинхронного типа с фазным ротором; систему электродвижения 6, состоящую из m (где m=1, 2…) гребных электродвигателей (ГЭД) 6.1 переменного тока и необходимого количества каскадных преобразователей частоты 6.2 с силовыми трансформаторами 6.3, которые подключены к ГРЩ 4 высокого напряжения повышенной частоты; ряд мощных потребителей 7 и 8 высокого напряжения повышенной частоты как включающих в себя каскадные преобразователи частоты 7.1 с силовыми трансформаторами 7.2, так и без них; обратимые преобразователи частоты (ОПЧ) 9 с силовыми трансформаторами 9.1, первичные обмотки которых подключаются к ГРЩ 4 высокого напряжения повышенной частоты, а выходные зажимы ОПЧ подключаются через электрические щетки и контактные кольца (на фиг.1 не обозначены) к трехфазной обмотке фазного ротора ТГ 2 асинхронного типа; общесудовые потребителей 10; 11; 12, подключенные к ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты.
В предлагаемой судовой ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот присутствуют также вспомогательные дизель-генераторы 13 низкого напряжения 0,4 кВ промышленной частоты 50 Гц, выходные зажимы которых подключены к ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты, а также вводы 14, к которым подключают, при необходимости, внешние вспомогательные или аварийные источники электроэнергии низкого напряжения промышленной частоты.
Причем некоторые ответственные общесудовые потребители 10 снабжаются источниками бесперебойного электропитания 15, необходимыми на период времени пуска и подключения вспомогательных дизель-генераторов 13 низкого напряжения промышленной частоты. А некоторые общесудовые потребители 11 с регулируемыми параметрами электроэнергии снабжаются индивидуальными преобразующими устройствами 16.
Предлагаемая судовая ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот работает следующим образом.
Предварительно при помощи приводной турбины 3 осуществляют пуск и разгон одного из n турбогенераторов (ТГ) 1 синхронного типа до частоты вращения
Figure 00000001
об/мин, где р1 - число пар полюсов обмотки возбуждения постоянного тока.
В результате взаимодействия магнитного поля вращающейся обмотки возбуждения постоянного тока с обмоткой статора в последней возникает трехфазной высокое напряжение (до ~10,5 кВ) повышенной частоты ƒ1=ω1p1/60=100 Гц (при p1=1) или 200 Гц (при p1=2), которое через ГРЩ 4 сети высокого напряжения повышенной частоты и силовые трансформаторы 9.1 поступает на вход обратимого преобразователя частоты (ОПЧ) 9, где преобразуется в трехфазное напряжение, регулируемое по амплитуде и частоте ƒ2.
Указанное трехфазное напряжение при плавном увеличении его амплитуды и частоты от нуля до номинального значения ƒ2н через электрические щетки и контактные кольца (на фиг. 1 не обозначены) поступает в обмотку фазного ротора ТГ 2 асинхронного типа. При этом угловая частота вращения ω2=2πƒ2н/p2 основной волны намагничивающей силы (н.с.) от токов, возникающих в указанной обмотке, должна быть направлена в противоположную сторону относительно направления угловой частоты вращения фазного ротора ω1=2πƒ1/p1 [6].
Основная волна н.с.обмотки фазного ротора, вращающаяся относительно ротора в номинальном режиме с угловой частотой вращения ω2=2πƒ2н/р2, индуктирует в обмотке статора ТГ 2 низкое напряжение 0,4 кВ промышленной частоты, равной частоте скольжения основной волны н.с.относительно статора
Figure 00000002
Знак «-» характеризует генераторный режим передачи электроэнергии со стороны обмотки фазного ротора во внешнюю электросеть.
Затем электроэнергия, генерируемая в трехфазных обмотках статора ТГ 1 и ТГ 2, в виде двух систем трехфазных токов различных частот ƒ1; ƒs поступает через соответствующие выключатели на ГРЩ 4 и ГРЩ 5 в электросети соответствующей частоты.
Аналогичным образом осуществляют пуск остальных n-1 ТГ 1 синхронного типа и n-1 ТГ 2 асинхронного типа, и после их синхронизации соответственно с электросетью высокого напряжения повышенной частоты и с электросетью низкого напряжения промышленной частоты подключают соответственно к ГРЩ 4 и ГРЩ 5.
При этом в ТГ 2 асинхронного типа после перевода его в генераторный режим с отрицательной частотой скольжения ƒs=-50 Гц в обмотке фазного ротора индуктируется переменная противо-э.д.с. с частотой ƒ2. Под действием этой противо-э.д.с. электроэнергия в виде трехфазных токов через контактные кольца и электрические щетки поступает в обратном направлении в ОПЧ 9.
Указанная электроэнергия после обратного преобразования в трехфазный ток повышенной частоты ƒ1 поступает на силовой трансформатор 9.1 ОПЧ 9 и далее после синхронизации по напряжению и частоте передается в электросеть высокого напряжения повышенной частоты ƒ1=100 или 200 Гц.
Таким образом, в предлагаемой судовой ЭЭС в составе n ТГ 1 синхронного типа и n ТГ 2 асинхронного типа генерируется электроэнергия трехфазных токов двух различных частот: высокого напряжения (до ~10,5 кВ) повышенной частоты ƒ1=100 или 200 Гц и низкого напряжения (~0,4 кВ) промышленной частоты ƒs=50 Гц, которую затем распределяют при помощи двух электросетей переменного напряжения с соответствующими параметрами по напряжению и частоте. Причем питание СЭД 6 и некоторых мощных потребителей 7; 8 как использующих каскадные преобразователи частоты 7.1 для их пуска и регулирования, так и без них, осуществляют через ГРЩ 4 высокого напряжения повышенной частоты. Электропитание общесудовых потребителей 10; 11; 12 осуществляют через ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты.
В случае отключения либо выхода из строя одной из электросетей высокого либо низкого напряжения вспомогательные дизель-генераторы 13 низкого напряжения промышленной частоты вступают в работу в качестве аварийных источников электроэнергии и через ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты осуществляют электропитание общесудовых потребителей 10; 11; 12.
Кроме того, предусмотрена возможность стояночного или аварийного электропитания общесудовых потребителей 10; 11; 12 через вводы 14 ГРЩ 5 низкого напряжения промышленной частоты от внешних источников электроэнергии, например, береговых или от ЭЭС другого судна.
Технический результат, состоящий в существенном уменьшении расчетной полной мощности ОПЧ 9, которая равна полной мощности (Р2) обмотки фазного ротора ТГ2 асинхронного типа при частоте вращения ротора ω1=628 рад/с, определяется по формуле [6]:
Figure 00000003
где: РТГ2 - расчетная полная мощность ТГ 2 асинхронного типа, равная суммарной полной мощности общесудовых потребителей;
Figure 00000004
- скольжение ротора в относительных единицах (знак - «минус» характеризует передачу электроэнергии в электросеть).
Технический результат улучшения качества электроэнергии в электросети промышленной частоты 50 Гц, который состоит в снижении суммарного коэффициента гармонических составляющих KU, в соответствии с ГОСТ 32144 -2013 определяется по формуле:
Figure 00000005
где: Eν - амплитуды гармонических составляющих фазной э.д.с. в обмотке статора ТГ 2 асинхронного типа, которые определяются по формуле [6]:
Figure 00000006
где: Фν - магнитный поток ν-й пространственной нечетной гармоники в воздушном зазоре одной фазы трехфазной обмотки ротора;
w1 - суммарное число витков в фазе обмотки статора;
k1oб.ν - обмоточный коэффициент ν-ой гармоники э.д.с. обмотки статора;
Figure 00000007
- коэффициент скоса пазов; bz - ширина паза статора.
ν=(6n±1)<40 - по нормативным требованиям (ГОСТ 32144 - 2013) обычно определяется с учетом первых шести n=0, 1, 2, 3…6.
Магнитный поток Фу, обусловленный намагничивающей силой (н.с.) Fφν от токов в трехфазной обмотке ротора, определяется по формулам, представленным в [6]:
Figure 00000008
где: τ1(2) - полюсное деление статора (ротора);
Figure 00000009
- активная длина пакета ротора;
k2об.ν - обмоточный коэффициент ν-ой гармоники н.с. обмотки ротора;
w2 - суммарное число витков в одной фазе обмотки ротора;
δ - воздушный зазор; kδ - коэффициент воздушного зазора;
kμ - коэффициент, учитывающий насыщение магнитной цепи ротора;
ν - порядок спектра (1, 5, 7 и т.д.) пространственных гармоник от н.с.;
I2а - амплитуда фазного тока в обмотке ротора.
Обмоточный коэффициент как для трехфазной обмотки статора k1об.ν, так и для трехфазной обмотки ротора k2об.ν определяется произведением двух составляющих [6]:
Figure 00000010
где:
Figure 00000011
- коэффициент укорочения шага обмотки статора (ротора);
Figure 00000012
- коэффициент распределения обмотки статора (ротора);
β1(2)=y1(2)/τ1(2) - относительный шаг обмотки статора (ротора);
y1(2) - шаг витков обмотки или катушечной группы статора (ротора) по пазам;
q1(2)=Z1(2)/2p2⋅m1 - число пазов z1(2) на один полюс и фазу на статоре (роторе);
р2 - число пар полюсов обмотки статора (ротора);
m1 - число фаз обмотки статора (ротора).
Как известно [6], амплитуды нечетных гармонических составляющих фазной э.д.с. Eν могут быть существенно уменьшены как за счет распределения катушечных групп обмотки по пазам при q>1, так и за счет укорочения шага обмотки, например, на 1/6 или 1/12 часть шага.
В соответствии с (3) и (4) амплитуды нечетных гармонических составляющих фазной э.д.с. обмотки статора определяются при прочих равных условиях произведением обмоточных коэффициентов k1об.ν⋅k2об.ν обмоток статора и ротора.
В таблице №1, в качестве примера, показаны результаты расчета коэффициентов распределения и укорочения шага трехфазных (m1=3) обмоток статора и ротора, а также обмоточных коэффициентов для гармонических составляющих фазной э.д.с. до 31-го порядка при q1=4 и относительном шаге β1=5/6 обмотки статора и при q2=3 и относительном шаге β2=11/12 обмотки ротора.
Figure 00000013
Figure 00000014
С учетом (2)…(5) и данных таблицы №1 суммарный коэффициент гармонических составляющих кривой фазной э.д.с. промышленной частоты 50 Гц составляет:
Figure 00000015
С учетом того, что при расчете коэффициентов распределения и укорочения в таблице №1 могут быть приняты другие исходные данные для q1; q2; β1; β2 и порядка гармоник фазной э.д.с., то при наихудшем варианте исходных данных значение суммарного коэффициента гармонических составляющих KU по предварительным расчетам находится в пределах, не более 3-4%.
Таким образом, предложенное техническое решение судовой ЭЭС переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот имеет необходимое обоснование и обеспечивает при частоте вращения ротора ω1=628 рад/с (6000 об/мин) заявленный технический результат, т.е. существенное уменьшение (~ на 50%) расчетной полной мощности необходимых преобразующих устройств и улучшение качества электроэнергии в электросети низкого напряжения промышленной частоты с обеспечением в кривой фазной э.д.с. суммарного коэффициента гармонических составляющих KU<3-4%.
Литература
1. Гребные электрические установки. Айзенштадт Е.Б. и др. Справочник. Изд-во: «Судостроение», Л. 1985 г.
2. Судовая электроэнергетическая система. Кувшинов Г.Е., Коршунов А.В., Коршунов В.Н. Патент РФ № RU 2375804 С2, кл. H02J 3/00 от 09.01.2008.
3. Александров В.П., Скворцов Б.А., Хомяк В.А. Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения повышенной частоты с системой электродвижения и матричными преобразователями частоты. Патент РФ №RU 2510781 С2, кл. H02J 3/34 от 17.07.2012.
4. Турбогенераторы блочные типа ТГ. Продукция ОАО «Калужский турбинный завод»; интернет: www.oaoktz.ru.
5. Постников И.М. Проектирование электрических машин. Гостехиздат УССР, Киев, 1952, с. 20…23.
6. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1978, с. 593; 578; 396.

Claims (1)

  1. Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот, содержащая n (где n=1, 2, …) главных турбогенераторов синхронного типа высокого напряжения повышенной частоты, вращающихся с повышенной частотой от вала приводной турбины, две электрических сети переменного напряжения с главными распределительными щитами высокого напряжения повышенной частоты и главными распределительными щитами низкого напряжения промышленной частоты; систему электродвижения, состоящую из m (где m=1, 2…) гребных электродвигателей переменного тока и необходимого количества каскадных преобразователей частоты с силовыми трансформаторами; мощные потребители переменного тока повышенной частоты с каскадными преобразователями частоты и без каскадных преобразователей частоты, вспомогательные дизель-генераторы низкого напряжения промышленной частоты, общесудовые потребители промышленной частоты, отличающаяся тем, что в состав электрической сети низкого напряжения промышленной частоты дополнительно введены n обратимых преобразователей частоты с силовыми трансформаторами и n турбогенераторов асинхронного типа с фазным ротором, которые попарно размещены на общем валу с n главными турбогенераторами синхронного типа, при этом в цепь обмотки фазного ротора каждого турбогенератора асинхронного типа подключены выходные зажимы каждого обратимого преобразователя частоты с силовыми трансформаторами, первичные обмотки которых подключены к главным распределительным щитам высокого напряжения повышенной частоты, а выходные зажимы трехфазной обмотки статора каждого турбогенератора асинхронного типа подключены к главным распределительным щитам низкого напряжения промышленной частоты, причем угловую частоту вращения ω2=πƒ2/p2 основной волны намагничивающих сил обмотки фазного ротора турбогенератора асинхронного типа направляют в противоположную сторону относительно направления угловой частоты вращения фазного ротора ω1=2πƒ1/p1, где p1 - число пар полюсов турбогенератора синхронного типа, р2 - число пар полюсов турбогенератора асинхронного типа с фазным ротором.
RU2017135191A 2017-10-04 2017-10-04 Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот RU2661902C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135191A RU2661902C1 (ru) 2017-10-04 2017-10-04 Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135191A RU2661902C1 (ru) 2017-10-04 2017-10-04 Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661902C1 true RU2661902C1 (ru) 2018-07-23

Family

ID=62981449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135191A RU2661902C1 (ru) 2017-10-04 2017-10-04 Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661902C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6278622B1 (en) * 1999-06-28 2001-08-21 Kokusan Denki Co., Ltd. Electric power source apparatus including electric power converter circuit and method for controlling the same
RU2375804C2 (ru) * 2008-01-09 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Судовая электроэнергетическая система
RU2460191C2 (ru) * 2010-07-29 2012-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") Способ распределения электроэнергии единой базовой судовой электроэнергетической системы и система для его реализации
RU2510781C2 (ru) * 2012-07-17 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения повышенной частоты с системой электродвижения и матричными преобразователями частоты

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6278622B1 (en) * 1999-06-28 2001-08-21 Kokusan Denki Co., Ltd. Electric power source apparatus including electric power converter circuit and method for controlling the same
RU2375804C2 (ru) * 2008-01-09 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Судовая электроэнергетическая система
RU2460191C2 (ru) * 2010-07-29 2012-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") Способ распределения электроэнергии единой базовой судовой электроэнергетической системы и система для его реализации
RU2510781C2 (ru) * 2012-07-17 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения повышенной частоты с системой электродвижения и матричными преобразователями частоты

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7576443B2 (en) Method and apparatus for generating electric power
US7863766B2 (en) Power converter for use with wind generator
RU2529090C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
RU2436708C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
EP1022218A2 (en) Marine power distribution arrangement
CN105048905B (zh) 用于产生电功率的发电机
US9680344B2 (en) Multiphase electrical machine and method of use
US20150035395A1 (en) Stator winding arrangement for an electrical machine
JP2014036574A (ja) 太陽光発電所
RU2661902C1 (ru) Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот
Pan et al. Modular motor/converter system topology with redundancy for high-speed, high-power motor applications
RU2521883C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
RU2733179C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка (варианты)
Prousalidis et al. On studying ship electric propulsion motor driving schemes
WO2004042890A1 (en) Direct turbogenerator
Guglielmi et al. Multi-n-phase electric drives for traction applications
RU2683042C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
RU150254U1 (ru) Устройство электропитания постоянным током автономного транспортного судна
RU2510781C2 (ru) Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения повышенной частоты с системой электродвижения и матричными преобразователями частоты
RU2624772C2 (ru) Устройство турбогенератора трехфазных токов двух различных частот
RU2645866C2 (ru) Электромеханическая система приведения в действие и/или генерирования, содержащая электрическую изоляцию между источником электрического напряжения и нагрузкой
RU203289U1 (ru) Генератор переменного тока с обратной связью
RU2716891C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
Skvortsov et al. Mechatronic systems as a part of a ship unified electric power system with a turbogenerator source of high frequency electric power
Mishra et al. Modeling and simulation of novel quasi-Six phase DFIG in multiple reference frames