RU2713488C1

RU2713488C1 - Propellant electrical installation

Info

Publication number: RU2713488C1
Application number: RU2019102848A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Паршиков; Михаил Васильевич Третьяк; Максим Петрович Новиков; Евгений Александрович Крутяков
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-02-05

Abstract

FIELD: electrical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. For unstressed connection (for "soft start-up") in all powerful matching transformers, which are available in GEM, there should be magnetizing windings with power of not more than 0.5 % of rated power of transformer. Transformation coefficients and magnetizing windings connection groups should be the same as those of the transformer used to power ship-to-ship consumers. Connection of all matching transformers is carried out in turn by one device including low-voltage three-phase AC voltage regulator, input of which is connected to buses of low-voltage switchboard by means of switch, and a switch unit connected to the controller output for connection of AC voltage controller output to magnetizing windings of all matching transformers.

EFFECT: invention can be used in creation of electric installations of vehicles with limited capacity of power supply in cases when the electrical installations include several powerful matching transformers, at direct connection of which to the mains the starting currents considerably exceed settings of current protections.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания гребных электрических установка судов, а также при создании других электрических установок, в которых используются трансформаторы, мощность которых соизмерима с мощностью источника питания.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to create rowing electric installation of ships, as well as to create other electrical installations that use transformers, the power of which is commensurate with the power of the power source.

В состав гребных электрических установок, далее ГЭУ, как правило, входит несколько статических преобразователей частоты (ПЧ), обеспечивающих питание электродвигателей привода гребных винтов. Номинальные входные напряжения ПЧ отличаются от номинальных напряжений сети, поэтому в состав ГЭУ входит несколько мощных согласующих трансформаторов. Входные токи преобразователей частоты не синусоидальны, в связи с этим вторичные обмотки согласующих выполняют с разными группами соединения так, чтобы токи высших гармоник, обусловленные работой ПЧ, не попадали в питающую сеть. Рациональное построение ГЭУ при разных числах гребных винтов и различных схемах входных цепей преобразователей частоты, при которых искажения питающей сети минимальны, приведено, например, в патенте ФРГ от 11.06.20017. WO 02100716 «Морская двигательная установка с уменьшенным коэффициентом искажения бортовой сети где преобразователи мощности или группы преобразователей мощности, как указано выше, по разному или имеют разные размеры в промежуточной цепи постоянного тока.The structure of rowing electrical installations, further GEM, as a rule, includes several static frequency converters (IF), providing power to the electric motors of the propeller drive. The nominal input voltage of the inverter differs from the nominal voltage of the network, therefore, the power plant includes several powerful matching transformers. The input currents of the frequency converters are not sinusoidal, in this regard, the secondary windings of the matching are performed with different connection groups so that the higher harmonics currents due to the operation of the inverter do not fall into the supply network. The rational construction of a power plant with different numbers of propellers and various input circuits of the frequency converters, at which the mains distortions are minimal, is given, for example, in the German patent dated 11.06.20017. WO 02100716 “Marine propulsion system with a reduced distortion coefficient of the on-board network where power converters or groups of power converters, as described above, are different or have different sizes in the intermediate DC circuit.

Известное устройство имеет следующие недостатки:The known device has the following disadvantages:

В ГЭУ, в связи с ограниченной мощностью источников питания, возникают проблемы связанные с тем, что при прямом подключении согласующего трансформатора к сети пусковой ток значительно превышает уставку токовой защиты выключателя, подключающего трансформатор.In the power plant, due to the limited power of the power sources, problems arise due to the fact that when the matching transformer is directly connected to the mains, the starting current significantly exceeds the current protection setting of the circuit breaker connecting the transformer.

Известен способ и схема устройства для безударного подключения (для «мягкого пуска») мощного трансформатора - патент RU №2481692 «Способ включения трансформатора». Известное устройство содержит трехфазный высоковольтный трансформатор небольшой мощности, цепь ограничивающих элементов (резистор R и реактор L) и, кроме того, должны входить высоковольтный выключатель для подключения устройства к питающей сети и выключатель для подключения цепи ограничивающих элементов к вторичной обмотке мощного трансформатора. Группы соединения мощного и маломощного трансформаторов должны быть одинаковыми.A known method and circuit device for shockless connection (for "soft start") of a powerful transformer - patent RU No. 2481692 "Method for turning on the transformer." The known device contains a three-phase high-voltage transformer of low power, a circuit of limiting elements (resistor R and reactor L), and, in addition, a high-voltage switch must be connected to connect the device to the mains and a circuit breaker for connecting the circuit of limiting elements to the secondary winding of a powerful transformer. The connection groups of high-power and low-power transformers must be the same.

Недостаток известного устройства по патенту RU №2481692 состоит в том, что это устройство индивидуальное. Кроме того, для подключения устройств мягкого пуска к сети необходим высоковольтный выключатель. Количество устройств мягкого пуска по патенту RU №2481692 в составе ГЭУ должно быть равно количеству мощных согласующих трансформаторов с разными группами соединения вторичных обмоток. Поэтому использование устройств по патенту RU №2481692 в ГЭУ с большим количеством мощных трансформаторов ухудшает массогабаритные показатели ГЭУ.A disadvantage of the known device according to patent RU No. 2481692 is that this device is individual. In addition, a high voltage circuit breaker is required to connect soft starters to the network. The number of soft starters according to patent RU No. 2481692 in the power plant should be equal to the number of powerful matching transformers with different groups of connection of the secondary windings. Therefore, the use of devices according to patent RU No. 2481692 in a power plant with a large number of powerful transformers affects the overall dimensions of the power plant.

Прототипом заявляемой гребной электрической установки является устройство, схема которого приведена на стр. 144, рисунок 8.21, в книге А.Б. Дарьенков и др. (Учебное пособие) «Гребные электрические установки», Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2014 г., 219 с. В этой установке для ограничения токов включения согласующих трансформаторов используются «зарядные устройства» (ЗИ), которые подключаются параллельно выключателям, подключающим первичные обмотки трансформаторов к шинам распределительного устройства.The prototype of the inventive rowing electric installation is a device, a diagram of which is given on page 144, figure 8.21, in the book of A.B. Darienkov et al. (Textbook) "Rowing Electrical Installations", Nizhny Novgorod: Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseeva, 2014, 219 p. In this installation, to limit the switching currents of matching transformers, “chargers” (ZI) are used, which are connected in parallel with the switches connecting the primary windings of the transformers to the buses of the switchgear.

Недостаток известного решения состоит в том, что для каждого согласующего трансформатора необходимо отдельное ЗИ и для подключения каждого ЗИ необходимы два высоковольтных выключателя. Это существенно ухудшает массогабаритные показатели ГЭУ.A disadvantage of the known solution is that for each matching transformer a separate switchgear is needed and for connecting each switchgear two high-voltage circuit breakers are needed. This significantly worsens the overall dimensions of the power plant.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является улучшение массогабаритных характеристик гребных электрических установок.The problem to which the invention is directed is to improve the overall dimensions of rowing electrical installations.

Предлагаемая гребная электрическая установка, схема которой представлена на фиг. 1, отличается наилучшими массогабаритными показателями потому, что для реализации «мягкого пуска» всех согласующих трансформаторов с разными схемами соединений вторичных обмоток W2, и разными группами соединений обмоток используется минимальное количество дополнительных устройств.The proposed rowing electrical installation, the circuit of which is presented in FIG. 1, it is distinguished by the best overall dimensions because to implement a “soft start” of all matching transformers with different connection schemes of the secondary windings W2, and a minimum number of additional devices are used with different groups of connections of the windings.

Поставленная задача решается за счет того, что в гребной электрической установке, содержащей высоковольтное распределительное устройство с генераторными и фидерными выключателями, n гребных электродвигателей переменного тока с одной или несколькими трехфазными обмотками на статоре, n преобразователей частоты, обеспечивающих питание обмоток статоров гребных электродвигателей, k многообмоточных согласующих трансформаторов для питания преобразователей частоты и устройство для питания общесудовых потребителей, в состав которого входят трехфазный понижающий трансформатор и низковольтный распределительный щит, имеются следующие отличия: во всех согласующих трансформаторах, помимо вторичных обмоток, подключенных к входам преобразователей частоты, имеются маломощные намагничивающие обмотки, коэффициенты трансформации которых равны коэффициенту трансформации трансформатора, используемого для питания общесудовых потребителей и группы соединения намагничивающих обмоток совпадают с группой соединения трансформатора питания общесудовых потребителей, кроме того, что в состав гребной электрической установки входит одно устройство мягкого пуска, в состав которого входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения, вход которого с помощью выключателя подключается к шинам низковольтного распределительного щита, и блок k выключателей, подключенный к выходу регулятора для соединения выхода регулятора переменного напряжения с намагничивающими обмотками всех согласующих трансформаторов.The problem is solved due to the fact that in a rowing electric installation containing a high-voltage switchgear with generator and feeder circuit breakers, n alternating-current AC motors with one or more three-phase windings on the stator, n frequency converters providing power to the windings of the stators of the rowing motors, k multi-windings matching transformers for power supply of frequency converters and a device for powering general ship consumers, of which the input t three-phase step-down transformer and low-voltage switchboard, there are the following differences: in all matching transformers, in addition to secondary windings connected to the inputs of the frequency converters, there are low-power magnetizing windings, the transformation ratios of which are equal to the transformation coefficient of the transformer used to power general ship consumers and the magnetizing connection group windings coincide with the connection group of the power transformer for general ship consumers, in addition, then the rowing electric installation includes one soft starter, which includes a low-voltage three-phase AC voltage regulator, the input of which is connected to the buses of the low-voltage switchboard with a switch, and a block of switches k connected to the regulator output to connect the output of the AC voltage regulator to magnetizing windings of all matching transformers.

Сущность изобретения поясняется рисунком фиг. 1, на котором представлена схема предлагаемой гребной электрической установки.The invention is illustrated by the drawing of FIG. 1, which shows a diagram of the proposed rowing electrical installation.

В состав предлагаемой гребной электрической установки входят: высоковольтное распределительное устройство 1 с генераторными и фидерными выключателями, k согласующих трансформаторов 2 (трансформаторы 2₁±2k) с обмотками W1,W2 и, где Wм - маломощные намагничивающие обмотки, W1 - первичные обмотки согласующих трансформаторов, подключаемые с помощью фидерных выключателей к высоковольтному распределительному устройству 1, и обмотки W2 - вторичные обмотки, подключенные к преобразователям частоты 3₁±3n соответственно, n гребных электродвигателей переменного тока (электродвигатели 4±4n), понижающий трансформатор 5 для питания общесудовых потребителей судна напряжением 230 В или 400 В, распределительный щит сети собственных нужд 6 c k выключателями и устройство мягкого пуска 7, в состав которого входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения 8 и распределительный щит 9 в который входят k низковольтных выключателей, с помощью которых выход трехфазного регулятора переменного напряжения 8 подключается к намагничивающим обмоткам Wм трансформаторов 2.The composition of the proposed rowing electric installation includes: a high-voltage switchgear 1 with generator and feeder switches, k matching transformers 2 (transformers 2 ₁ ± 2k) with windings W1, W2 and, where Wm are low-power magnetizing windings, W1 are the primary windings of matching transformers, connected via feeder circuit breakers for high-voltage switchgear 1, W2 and windings - the secondary windings connected to the inverters March ₁ ± 3n respectively, n propulsion motors per alternating current (electric motors 4 ± 4n), step-down transformer 5 for supplying general ship consumers with voltage of 230 V or 400 V, auxiliary switchboard of 6 auxiliary circuit breakers with ck and soft starter 7, which includes a low-voltage three-phase AC voltage regulator 8 and distribution shield 9, which includes k low-voltage switches, with which the output of the three-phase AC voltage regulator 8 is connected to the magnetizing windings Wm of the transformers 2.

При запуске предлагаемая гребная электрическая установка работает следующим образом. При готовности всех систем ГЭУ к запуску (при номинальном напряжении в распределительном устройстве 1, при работающем трансформаторе 5, обеспечивающим номинальное напряжение в распределительном щите сети собственных нужд 6 и при нормальной работе всех других систем обеспечения), следует подать питание на устройство мягкого пуска 7 и установить выходное напряжение трехфазного регулятора переменного напряжения 8 равным 0. Затем одним из выключателей щита 9 следует подключить выход регулятора 8 к обмотке Wм запускаемого трансформатора 2. При плавном повышении напряжения на выходе регулятора 8 от 0 до наибольшего значения происходит плавное увеличение магнитного потока в запускаемом трансформаторе и соответственно увеличивается напряжение на первичной обмотке. Коэффициент трансформации для намагничивающей обмотки (отношение чисел витков W1/Wм) должен быть таким, что при максимальном напряжении на выходе регулятора 8 напряжение на первичной обмотке W1 было равно выходному напряжению распределительного устройства 1. Группы соединения обмоток Wм всех трансформаторов 2 должны быть аналогичны группе соединения трансформатора 5.At startup, the proposed rowing electrical installation operates as follows. When all power plant systems are ready for start-up (at rated voltage in the switchgear 1, with a working transformer 5, providing the rated voltage in the switchboard of the auxiliary supply network 6 and during normal operation of all other support systems), power should be supplied to the soft starter 7 and set the output voltage of the three-phase AC voltage regulator 8 to 0. Then one of the switches of the shield 9 should connect the output of the regulator 8 to the winding Wm of the starting transformer 2. When a smooth increase in voltage at the output of the regulator 8 from 0 to the highest value there is a smooth increase in magnetic flux in the starting transformer and, accordingly, the voltage on the primary winding increases. The transformation coefficient for the magnetizing winding (the ratio of the number of turns W1 / Wm) should be such that at the maximum voltage at the output of the regulator 8, the voltage at the primary winding W1 was equal to the output voltage of the switchgear 1. The connection groups of the windings Wm of all transformers 2 should be similar to the connection group transformer 5.

При повышении выходного напряжения регулятора 8 повышаются также напряжения на вторичных обмотках (обмотках W2) трансформаторов 2. В результате этого происходит заряд всех конденсаторов во входных цепях преобразователя частоты. Таким образом, в предлагаемом устройстве полностью реализуются задачи мягкого пуска - намагничивание согласующих трансформаторов и заряд конденсаторов во входных цепях преобразователей частоты. После повышения напряжения на обмотке W1 трансформатора 2 до номинальной величины подключение этой обмотки к шинам высоковольтного распределительного устройства (включение соответствующего выключателя в распределительном устройстве 1) происходит без броска тока.When the output voltage of the controller 8 is increased, the voltages on the secondary windings (windings W2) of the transformers 2 also increase. As a result, all capacitors in the input circuits of the frequency converter are charged. Thus, in the proposed device, the tasks of soft start are fully realized - the magnetization of matching transformers and the charge of capacitors in the input circuits of frequency converters. After increasing the voltage on the winding W1 of the transformer 2 to the nominal value, the connection of this winding to the buses of the high-voltage switchgear (turning on the corresponding switch in the switchgear 1) occurs without an inrush current.

Техническое преимущество предлагаемого устройства перед прототипом состоит в том, что в целом гребная электрическая установка становится более компактной потому, что:The technical advantage of the proposed device over the prototype is that in general, the rowing electrical installation becomes more compact because:

- в распределительном устройстве высокого напряжения не нужны высоковольтные выключатели для подключения устройств мягкого пуска;- in the high voltage switchgear, high-voltage switches are not needed for connecting soft-start devices;

- одно устройство мягкого пуска можно использовать для намагничивания всех согласующих трансформаторов, независимо от числа и групп соединения вторичных обмоток.- one soft starter can be used to magnetize all matching transformers, regardless of the number and connection groups of the secondary windings.

Указанное преимущество достигается тем, что во всех мощных согласующих трансформаторах, имеющихся в ГЭУ, должны быть намагничивающие обмотки. При работе устройства мягкого пуска ток намагничивающей обмотки равен току намагничивания (току холостого хода подключенного трансформатора), который у мощных трансформаторов не превышают 0,5% номинального тока. Кроме того, намагничивающая обмотка используются кратковременно и поэтому оснащение согласующего трансформатора такой обмоткой не должно значительно изменять его массо-габаритные показатели; использование одного устройства для мягкого пуска всех согласующих трансформаторов позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели гребной электрической установки по сравнению с прототипом.This advantage is achieved by the fact that in all powerful matching transformers available in the power plant, there should be magnetizing windings. When the soft starter is operating, the magnetizing current is equal to the magnetizing current (open-circuit current of the connected transformer), which for powerful transformers does not exceed 0.5% of the rated current. In addition, the magnetizing winding is used for a short time and, therefore, equipping the matching transformer with such a winding should not significantly change its mass and dimensional parameters; the use of a single device for soft start of all matching transformers can significantly improve the overall dimensions of the rowing electric installation compared to the prototype.

Claims

A rowing electric installation, which includes: a high-voltage switchgear with generator and feeder switches, several AC rowing motors with one or several three-phase windings on the stator, several frequency converters providing power to the stator windings of the rowing motors, several multi-winding matching transformers for powering the converters frequencies and a device for powering general ship consumers, which includes three basic step-down transformer and low-voltage switchboard,

characterized in that in all matching transformers, in addition to the secondary windings connected to the inputs of the frequency converters, there are low-power magnetizing windings, the transformation coefficients of which are equal to the transformation coefficient of the transformer used to power general ship consumers, as well as the connection groups of the magnetizing windings coincide with the connection group of the power transformer for general ship consumers, and also includes a low-voltage three-phase AC voltage regulator, the input of which with by means of a switch, it is connected to the buses of the low-voltage switchboard, several switches are connected to the output of the regulator for connection with the magnetizing windings of all matching transformers.