Преобразователи тока и частоты

Электромашины и аппаратура для ГЭУ либо создаётся специально, либо общепромышленного типа приспосабливается к судовым условиям. Исполнение машин, как правило, защищенное. ГЭД имеет обычно небольшую частоту вращения порядка 100-120об/мин, но в зависимости от конструкции судна, винта и его диаметра обороты могут достигать до 700об/мин. При больших оборотах электродвигатель соединяется с валом через редуктор. Вентиляция ГЭД осуществляется по замкнутому циклу с воздухоохладителем. Вентиляторы устанавливают, как правило, на корпусе ГЭД. Движители делают на двух стояковых подшипниках с принудительной смазкой и охлаждением. Станины и подшипники со стороны гребного вала заземляются для защиты от блуждающих токов, а с противоположной стороны изолируются.

ГЭД постоянного тока обычно двухякорные, и каждый якорь имеет самостоятельную систему охлаждения. Двухякорное исполнение уменьшает диаметр и момент инерции машины, повышает надёжность и даёт возможность получать большую мощность. Имеют изоляцию обмоток класса «В» с применением стекловолокнистых материалов во влагостойком исполнении. Снабжаются компенсационными обмотками.

Генераторы постоянного тока имеют частоту вращения 500-1000об/мин и защищенное исполнение с принудительной вентиляцией.

Напряжение ГЭУ выбирается в зависимости от мощности электрических машин. В установках большой мощности применяют более высокое напряжение с целью уменьшения сечения кабеля, токоведущих частей аппаратов в главной цепи и якорных обмоток электрических машин.

Напряжение электрических машин постоянного тока ограничивается предельно допустимым напряжением между коллекторными пластинами (не более16-18В во избежание кругового огня), расстоянием между разнополярными щётками, условиями коммутации, диаметром коллектора и якоря. Поэтому обычно напряжение не превышает 1200В.

В ГЭУ переменного тока используются двигатели синхронные и асинхронные (короткозамкнутые, с фазным ротором и с переключением пар полюсов). Асинхронные двигатели (АД), особенно с короткозамкнутым ротором просты и надёжны, обладают хорошими пусковыми характеристиками, но имеют сравнительно низкий , а у тихоходных даже до 0,7, т.к. по условиям сборки у них большой воздушный зазор, увеличивающий реактивный ток намагничивания.

Синхронные двигатели (СД) имеют пусковую короткозамкнутую обмотку, создающую достаточно большой пусковой момент. В конце асинхронного пуска обмотка возбуждения ротора подключается к возбудителю постоянного тока.

Основное преимущество СД – высокий = 1. Поэтому размеры СД меньше, чем АД при той же активной мощности. КПД СД выше, чем у АД из-за уменьшения тока статора и меньших потерь в роторе. Благодаря большому воздушному зазору в СД уменьшается индуктивное сопротивление по продольной оси « », так как в этом случае снижается влияние МДС реакции статора. При этом возрастает перегрузочная способность

. (5.1)

СД менее чувствителен к колебаниям напряжения, т.к. его пропорционален первой степени напряжения, а у АД - второй.

Некоторые иностранные фирмы используют быстроходные АД, соединяя их с гребным валом через редуктор, что даёт возможность применения АД на подшипниках качения, с малым воздушным зазором, с повышенным (>0,83) и КПД. Иногда один гребной вал приводится во вращение двумя АД. При мощностях порядка 1000 кВт выгоднее применять быстроходные АД, хотя и с редуктором или тихоходные СД без редуктора. При единой электростанции для ГЭУ и судовых потребителей применяют переменный ток, что значительно выгодней.

Генераторы переменного тока применяют защищённого исполнения с одним подшипником (второй общий с приводным двигателем), с принудительной или самовентиляцией. Для дизель-генераторов (ДГ) обороты обычно 750-1500об/мин, а для тахогенераторов (ТГ)-3000об/мин. В ГЭУ в несколько тысяч киловатт применяют повышенное напряжение от 2 до 6,3кВ. Частота рекомендуется 50Гц. В ГЭУ постоянного тока для питания ГЭД используются неуправляемые выпрямители, присоединённые непосредственно к зажимам генератора и управляемые выпрямители, присоединённые к сборным шинам электростанции, которая может быть единой для ГЭД и судовых потребителей. Обычно используются трёхфазные выпрямители. Среднее выпрямленное напряжение управляемость трёхфазного выпрямителя.

, (5.2)

где E - линейное максимальное (амплитудное) значение питающего синусоидального напряжения, В.

- величина выпрямленного тока, А.

- индуктивное сопротивление фазной обмотки, Ом.

- угол управления или отпирания.

Значения тока: .

Для питания синхронных и асинхронных ГЭД используются часто вентильные преобразователи частоты, обеспечивающие и регулирование оборотов.

Преобразователь частоты может быть со звеном постоянного тока - выпрямителем от которого питается автономный инвертор. Частота и напряжение на выходе инвертора могут изменятся в широких пределах.

Применяются также непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), в которых нет выпрямителя в явной форме; в этом случае выпрямление производится одними и теми же группами вентилей. Происходит прямое преобразование постоянной частоты и напряжения в регулируемые на выходе. Но частота на выходе всегда ниже частоты на входе: <0,5 . Чем больше и меньше , тем плавней происходит изменение . С уменьшением необходимо пропорционально ей снижать амплитуду выходного напряжения, для чего приходится изменять угол открытия вентилей в течение периода .