Для поиска темы - пользуйтесь СИСТЕМОЙ ПОИСКА


Стоимость дипломной работы


Home Для студента... Валогенераторні установки

Валогенераторні установки
загрузка...
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Валогенераторні установки


Валогенераторные установки (ВГУ) в настоящее время находят широкое применение в составе СЭЭУ на большинстве судов современной постройки. Они обеспечивают отбор механической энергии от главного двигателя и преобразование этой энергии в электрическую.
В состав ВГУ входят: валогенератор (ВГ) с элементами привода, устройство стабилизации частоты вращения или частоты тока, система автоматического управления и регулирования, системы контроля, защиты и сигнализации, фильтрокомпенсирующие устройства. ВГ приводится в движение от главного двигателя (ГД).
Использование ВГУ в составе СЭЭУ позволяет снизить себестоимость вырабатываемой электроэнергии в среднем на 15…20% за счет снижения эксплуатационных затрат, снизить уровень шума и вибрации в машинном отделении.

Рис.50.1. ВГУ с различными способами отбора мощности от ГД.
1 – главный двигатель; 2 – гребной винт; 3 – валогенератор; 4 – редуктор

Так как ВГ приводится в движение от главного двигателя, то для получения электроэнергии используется тяжелое дизельное топливо, стоимость которого ниже стоимости топлива, на котором работают дизель-генераторы. Кроме этого удельный расход топлива малооборотных дизелей, применяемых в качестве ГД, меньше удельного расхода среднеоборотных дизелей, применяемых в качестве приводных двигателей в ДГ.
Современные ВГУ могут работать параллельно со вспомогательными дизель-генераторами (ДГ), а также в двигательном режиме на гребной винт. Мощность современных ВГУ лежит в пределах от 100 кВт на речных и небольших морских судах до 3000 кВт и более на крупных рефрижераторных контейнеровозах.
ВГ может непосредственно располагаться на гребном валу или приводиться в движение от вспомогательного вала ГД, в некоторых типах ВГУ в приводе ВГ используется повышающий редуктор. На рис 50.1 представлены ВГУ с различными способами передачи вращающего момента от ГД.

По способу стабилизации частоты в судовой сети ВГУ можно разделить на два типа:
    установки, где поддерживается постоянство частоты вращения валогенератора (nВГ = const);
    установки, где ВГ работает с переменной частотой вращения (nВГ = var), а частота электроэнергии в судовой сети стабилизируется с помощью преобразователей электроэнергии.
В первом случае поддержание постоянства частоты вращения ВГ осуществляется за счет постоянства частоты вращения ГД (на судах с ВРШ) или с помощью дополнительных стабилизирующих устройств, к которым относятся планетарные передачи, электромагнитные муфты скольжения, гидравлические системы стабилизации.
Во втором случае частота вращения ВГ изменяется в широком диапазоне, а стабилизация электрических параметров вырабатываемой электроэнергии осуществляется при помощи преобразователей электроэнергии.
ВГУ на судах с винтом регулируемого шага
Валогенераторные установки с ВРШ нашли широкое применение как на транспортных судах, так и на судах рыбопромыслового флота.
На судах с ВГУ и ВРШ применяются два способа управления ГД: по валогенераторной или комбинированной характеристике.
При работе по валогенераторной характеристике скорость судна регулируется путем изменения шагового отношения винта с помощью механизма изменения шага, частота вращения при этом остается постоянной.
При регулировании ГД по комбинированной характеристике ВГ выводится из работы, а скорость судна изменяется одновременным регулированием шагового отношения и частоты вращения винта.
Комбинированный способ управления более экономичен, однако в этом случае необходимо отключать ВГ, так как частота вырабатываемой электроэнергии будет выходить за допустимые пределы. В связи с этим в ходовом режиме чаще всего ГД работает по валогенераторной характеристике с постоянной частотой вращения и обеспечивает не только ход судна, но и работу ВГ.
Опыт эксплуатации ВГУ на судах с ВРШ показал, что в ходовых режимах работы судна частота в судовой сети , как правило, не выходит за пределы ±2 Гц от номинального значения. Однако при ходе на сильном волнении, особенно в балласте, при оголении лопастей винта частота вырабатываемой ВГ электроэнергии может значительно изменяться, что приведет к отключению ВГ и обесточиванию судна.
Как правило, предусмотрена только кратковременная параллельная работа ВГ и ДГ на момент перевода нагрузки с одного генератора на другой. Это связано с тем, что даже незначительное изменение частоты вращения ГД может привести к перегрузке или переходу в двигательный режим ДГ и его отключение.
Синхронизация ВГ и ДГ, как автоматическая, так и ручная, производится путем воздействия на регулятор частоты вращения только со стороны ДГ.

ВГУ с планетарными передачами
Для поддержания постоянства частоты вращения ВГ в некоторых типах ВГУ применяются стабилизирующие планетарные передачи, установленные между выходным валом ГД и валогенератором.
Принцип действия передач с постоянной выходной частотой вращения основан на использовании планетарной зубчатой передачи, эпицикл которой может вращаться от дополнительного привода с помощью гидромотора или электродвигателя, увеличивая или уменьшая частоту вращения планетарного колеса, соединенного с валогенератором. При изменении частоты вращения входного вала планетарного механизма сохраняется постоянство частоты вращения ВГ.
Если выходной вал планетарной передачи соединить с валогенератором, а к двум входным валам подсоединить ГД и вспомогательный двигатель, то такая планетарная передача будет выполнять операцию суммирования двух частот вращения
,
где nВГ – частота вращения ВГ;
nГД – частота вращения ГД;
nВД – частота вращения вспомогательного двигателя (ВД).
Для поддержания постоянства частоты вращения ВГ (nВГ = const) частота вращения вспомогательного двигателя должна автоматически изменяться обратно пропорционально частоте вращения ГД.
При использовании в качестве вспомогательного электродвигателя постоянного тока, частота вращения его регулируется путем изменения подводимого к двигателю напряжения при помощи управляемого выпрямителя. ВГУ такого типа представлена на рисунке 3.

Рис. 50.3. ВГУ с планетарной передачей:
1 – главный двигатель; 2 – ВФШ; 3 – валогенератор; 4 – редуктор с
планетарной передачей; 5 – вспомогательный электродвигатель постоянного тока;
6 – управляемый выпрямитель; 7 – ГРЩ
В установках с гидроприводом частота вращения гидромотора изменяется обратно пропорционально частоте вращения ГД, при этом гидронасос приводится в движение непосредственно от главного двигателя.
По динамическим характеристикам планетарные передачи с гидроприводом превосходят передачи со вспомогательным электродвигателем.
Общими достоинствами ВГУ с планетарными передачами являются сравнительно широкий диапазон регулирования частоты вращения ГД и относительно низкая стоимость установок. Среди недостатков следует отметить сравнительно низкий КПД, зависящий от частоты вращения ГД и нагрузки ВГ, а также высокие эксплуатационные расходы.

ВГУ с синхронным валогенератором и полупроводниковым преобразователем
В некоторых типах ВГУ частота вращения синхронного ВГ изменяется пропорционально частоте вращения ГД, в результате чего меняется и частота вырабатываемой ВГ электроэнергии. Для стабилизации и поддержания постоянства частоты в судовой сети при работе синхронного ВГ с переменной частотой вращения широко используются полупроводниковые преобразователи (ПП).
Наибольшее распространение нашли ВГУ с полупроводниковым преобразователем со звеном постоянного тока, который состоит из включенных последовательно выпрямителя, преобразующего напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, и инвертора, производящего обратное преобразование. Таким образом, выходная частота преобразователя не зависит от частоты на его входе. Функциональная схема ВГУ данного типа представлена на рис. 50.4.

Рис. 50.4. ВГУ с синхронным валогенератором и полупроводниковым преобразователем:
1 – ГД; 2 – ВФШ; 3 – синхронный ВГ; 4  редуктор; 5  выпрямитель;
6 – ведомый инвертор; 7 – синхронный компенсатор; 8 – ГРЩ
В состав ВГУ входит синхронный ВГ и ПП, который выполнен на базе выпрямителя и ведомого сетью инвертора, а также синхронный компенсатор (СК). ВГ вырабатывает активную мощность, которая через ПП поступает с судовую сеть. ПП преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток стабилизированной частоты. Особенностью ПП, выполненных на базе ведомых инверторов, является то, что они могут работать только на сеть, в которой уже есть источник переменного тока. Это необходимо для коммутации (запирания) тиристоров ведомого инвертора.
Таким образом, для нормальной работы ВГУ данного типа необходимо ввести в параллель с ВГ дизель-генератор или синхронный компенсатор (СК).
Синхронный компенсатор представляет собой синхронный электродвигатель, работающий без нагрузки в перевозбужденном, как синхронный генератор, режиме. Потребляя из сети незначительную активную мощность для своего вращения, СК формирует напряжение в сети, вырабатывая реактивную мощность. Таким образом, если ДГ вырабатывает одновременно активную и реактивную мощность, необходимую для работы судовых потребителей, то в ВГУ с ПП активную мощность в сеть генерируер ВГ, а реактивную – СК.
Величина активной мощности СК составляет около 1 ...2 % от его номинальной мощности.
Для пуска СК применяют те же способы, что и для пуска синхронных двигателей. В судовых условиях нашли применение два способа пуска СК: пуск с помощью вспомогательного асинхронного электродвигателя и частотный пуск. В качестве вспомогательного пускового двигателя применяется асинхронный двигатель (АД) небольшой мощности, выполненный на то же число полюсов, что и СК.
При пуске вспомогательный АД потребляет до 15 % от мощности ВГ. После пуска на клеммах СК появляется ЭДС, способная коммутировать тиристоры ведомого инвертора. АД после запуска СК отключается от сети.
При частотном пуске СК частота подводимого напряжения плавно меняется от нуля до номинального значения. Пуск СК, работающего в режиме вентильного двигателя, осуществляется с помощью ПП.
СК может быть подключен к судовой сети также и при работе ДГ с целью повышения коэффициента мощности и разгрузки синхронных генераторов по реактивному току. Подключение СК к сети производится методом самосинхронизации, т.е. не возбужденный СК подключается к сети, после чего подается питание на его обмотку возбуждения, и компенсатор втягивается в синхронизм. Система автоматического регулирования напряжения СК аналогична, применяемой для судовых синхронных генераторов.
Основным режимом эксплуатации ВГУ является режим автономной работы, когда потребности судна в электроэнергии полностью обеспечивает ВГ. ВГУ с ПП могут длительно параллельно работать с судовыми ДГ, а также обеспечивать двигательный режим работы ВГ на гребной винт.
Для обеспечения возможности работы ВГ с номинальной нагрузкой в ходовых режимах во всем диапазоне изменения частоты вращения ГД систему возбуждения выполняют с запасом по току возбуждения.
При значительном снижении частоты вращения ВГ происходит ограничение тока возбуждения и вырабатываемая мощность уменьшается пропорционально частоте вращения ГД.

ВГУ с асинхронизированным синхронным валогенератором
В последние годы находят применение ВГУ на базе асинхронизированных синхронных машин (АСМ). Асинхронизированная синхронная машина, или машина двойного литания, представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, которая имеет симметричную двух- или трехфазную обмотку возбуждения, располагающуюся на роторе. Обмотка возбуждения АСМ получает питание от источника переменного тока.
Частота электроэнергии, вырабатываемой асинхронизированным ВГ, определяется следующим образом:
,
где wВГ – угловая частота напряжения ВГ;
wР - угловая частота вращения ротора ВГ;
wВ - угловая частота напряжения в обмотке возбуждения ВГ.
Подержание постоянства частоты вырабатываемой электроэнергии в асинхронизированном ВГ осуществляется путем изменения частоты тока в обмотке возбуждения.
В установившемся режиме по обмотке возбуждения ВГ токи с частотой скольжения, равной разности между синхронной частотой вращения (wс.) и частотой вращения ротора ( ). В результате статор ВГ будет пронизывать магнитный поток с постоянной синхронной частотой вращения.
Мощность, снимаемая со статорной обмотки ВГ определяется по формуле
,
где М – момент на валу ВГ;
wс – угловая частота магнитного потока;
РР – мощность на валу ВГ;
Рв – мощность в цепи возбуждения АСМ.
Из приведенного ранее выражения можно получить наглядное энергетическое соотношение, позволяющее связать мощность в цепи возбуждения со скольжением (s) и мощностью ВГ:
.
Таким образом, мощность в цепи возбуждения асинхронизированных ВГ пропорциональна скольжению и, следовательно, увеличивается с уменьшением частоты вращения ВГ,
Внешние характеристики асинхронизированного ВГ значительно жестче, чем синхронного генератора, и при скольжении, близком к единице, приближаются к характеристикам трансформатора. Это происходит вследствие того, что обмотка возбуждения асинхронизированного ВГ создает поток, компенсирующий размагничивающее действие реакции якоря.
При номинальной частоте вращения асинхронизированный ВГ работает как синхронная машина с питанием обмотки возбуждения постоянным током. Однако частота вращения ГД может отличаться от номинальной частоты вращения ВГ.
В кратковременных динамических режимах возможно расширение эксплуатационных частот вращения ВГ, причем магнитное поле ротора асинхронизированного ВГ должно вращаться согласно с валом ГД, когда частота вращения вала меньше синхронной (wв < wс), и встречно – в противоположном случае (wв > wс). При вращении вала ГД с синхронной частотой s = 0) магнитное поле должно оставаться неподвижным относительно ротора,
Структурная схема ВГУ данного типа представлена на рис. 50.5.


Рис. 50.5. ВГУ на базе асинхронизированного валогенератора:
1 – ГД; 2 – ВФШ: 3 - редуктор; 4 - асинхронизированный ВГ;
5 - полупроводниковый преобразователь; 6 – ГРЩ

Применение асинхронизированных ВГ позволяет уменьшить мощность используемых полупроводниковых преобразователей и повысить качество вырабатываемой электроэнергии.
Поддержание постоянства напряжения в сети осуществляется за счет изменения величины тока в обмотке возбуждения ВГ, а поддержание постоянства частоты – за счет регулирования частоты тока возбуждения ВГ.
Помимо автономной работы в данных ВГУ возможен режим длительной параллельной работы с ДГ и двигательный режим работы ВГ.
При работе в двигательном режиме асинхронизированный ВГ потребляет активную мощность, вырабатываемую ДГ. При этом ВГ может не потреблять из сети реактивную мощность и даже генерировать ее в сеть, разгружая ДГ по реактивному току.


 
загрузка...

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить