Применение в судовых электростанциях различных источников тока (дизель-генераторов, валогенераторов, аккумуляторных батарей, преобразователей тока) требует автоматизации управления их совместной работой. Электростанции переменного тока на грузовых речных судах (танкерах, толкачах, буксирах) имеют автоматические системы совместной работы валогенератора и дизель-генератора. На рис. 1 приведена схема, обеспечивающая автоматический пуск и остановку дизель-генератора, а также перевод нагрузки с валогенератора на дизель-генератор и обратно. Валогенераторы могут работать только на переднем ходу судна с допустимыми изменениями напряжения и частоты тока.
Основные элементы схемы: G1 — валогенератор; G2 — дизель-генератор; Ql, Q2 — автоматические выключатели; Kl, К2—контакторы; К9 — реле частоты, срабатывающее при достижении частоты тока дизель-генератора 40 Гц после его запуска.
Контакты этого реле через промежуточные реле К8 и К3 выключают валогенератор и включают дизель-генератор. К4 — реле частоты, которое при уменьшении частоты тока валогенератора до 40 Гц через промежуточное реле К6 подключает цепь управления станции автозапуска дизель-генератора. К5 — реле, срабатывающее при достижении частоты тока валогенератора 45 Гц. Реле К5 через промежуточное реле К7 служит для остановки дизель-генератора и подключения на шины ГЭРЩ валогенератора.
Выключатели S1.2, S1.4 закрыты при автоматическом управлении, Sl.l, S1.3 — при ручном управлении. Кнопочные выключатели S2, S5 служат для отключения работающих генераторов, а кнопочные выключатели S3, S4 — для подключения генераторов при ручном управлении. Контакт промежуточного реле К3 шунтирует S1.1 и S3.
В ходовом режиме при автоматическом управлении контакты переключателя S1.2 и S1.4 замкнуты, валогенератор включен на шины ГЭРЩ. Реле частоты тока К4 и К5 находятся в рабочем состоянии. При снижении частоты тока валогенератора до 45 Гц реле К5 выключит свой контакт К5.1, и через промежуточное реле К7 станция автозапуска будет подготовлена к запуску дизель-генератора.
При снижении частоты тока валогенератора до 40 Гц реле К4 обеспечит пуск дизель-генератора. Когда частота тока дизель-генератора достигнет 40 Гц, реле К9 через промежуточное реле К8 отключит валогенератор от шин ГЭРЩ и включит к шинам дизель-генератор. При новом увеличении частоты тока валогенератора до 40 Гц реле К4 отключит цепь питания станции автозапуска, и дизель будет подготовлен к остановке. При достижении частоты тока валогенератора 45 Гц реле К5 через промежуточное реле выключает из работы дизель-генератор и включает валогенератор.
Так как практически трудно получить совпадающие механические характеристики нескольких дизель-генераторов, для обеспечения равномерного распределения активной мощности применяют дополнительные устройства (рис. 2).
Датчик сравнения активных нагрузок ДН генератора G1 и управляемого генератора G2 состоит из трансформатора напряжения Т3, подающего опорное напряжение на измерительный мост, состоящий из резисторов R1—R4, выпрямителей V1 и V2 и конденсаторов С1 и С2: трансформатора сравнения Т4, первичные обмотки которого L1 и L2 включены встречно; резисторов R5 и R6, служащих для получения искусственной нулевой точки трехфазной системы. Для усиления сигнала рассогласования активных нагрузок служат магнитные усилители А1 и А2, имеющие рабочие обмотки и обмотки управления L3 и L4, получающие питание от датчика сравнения активных нагрузок и обмоток смещения L5 и L6.
При неравенстве активных нагрузок генераторов на выходе ДН появляется сигнал, пропорциональный величине рассогласования, который поступает на обмотки управления L3 и L4, включенные встречно.
При этом сердечник одного магнитного усилителя будет намагничиваться, а другого—размагничиваться. В результате этого серводвигатель М окажется включенным в определенном направлении, обеспечивающем увеличение или уменьшение подачи топлива в системе первичного двигателя (дизеля).
Система автоматической синхронизации и равномерного распределения активных нагрузок между параллельно работающими дизель-генераторами (АППД) работает на логических элементах, блоки которой показаны на рис. 3. Автоматизация основана на принципе ведущего генератора (максимально нагруженного любого из трех работающих дизель-генераторов).
Входные сигналы по напряжению и частоте тока на аналого-цифровые преобразователи блока логики БЛ поступают через трансформаторную связь. Автоматическая синхронизация включения генератора на шины ведущего генератора осуществляется методом точной синхронизации блоком АПС при допустимой разности напряжений и частоты тока ведущего и включаемого генераторов (U1 - U2 = Us; f1 - f2 = fs). Сигнал на включение блоком релейного сигнала PC подается с учетом изменения Us во времени и его производной dUs/dt. Время опережения сигнала на включение определяется изменением dfs во времени.
Автоматическое распределение активных нагрузок между параллельно работающими генераторами выполняется блоком АПВ путем сравнения активного тока ведущего генератора (любого из трех работающих) и активных токов параллельно включенных генераторов. В зависимости от допускаемых пределов неравномерности нагрузок подается блоком PC сигнал на включение серводвигателя с учетом времени изменения разности нагрузок.
Наладка и контроль системы АППД осуществляется в блоке НК регулировкой компараторов и измерительных мостов. Блок релейного сигнала PC обеспечивает передачу выходных сигналов АППД в контактную часть электрической схемы управления. Источниками питания для системы АППД служат стабилизированные источники постоянного тока напряжением +5 В, ±15 В и 24 В.
На рис. 4 приведена структурная схема судовой электростанции с муфтами свободного хода (МСХ). Все генераторы соединены с приводными двигателями (дизелями) и гребным валом через муфту свободного хода одностороннего зацепления.
При уменьшении скорости судна, а следовательно, и частоты тока валогенератора поступит сигнал на запуск дизеля Д2, который, разогнавшись до синхронной частоты вращения, обеспечит перевод нагрузки на генератор G2, а валогенератор G1 перейдет в режим работы синхронного двигателя. Соответствующим изменением тока возбуждения можно перевести генератор, работающий в режиме синхронного двигателя, в режим работы синхронного компенсатора реактивной мощности.
Перевод нагрузки с одного генераторного агрегата на другой осуществляется без перерыва питания приемников, причем процесс перевода нагрузки чрезвычайно прост требуется только осуществить запуск или остановку одного из приводных двигателей. Для ввода в работу резервных генераторов нужно только запустить приводной двигатель. Улучшается процесс распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и снижаются обменные колебания между ними. Не требуется защиты генераторов от работы в двигательном режиме, так как потребляемая генератором мощность при переходе в двигательный режим составляет около 5 % номинальной мощности. Коэффициент мощности работающих генераторов может быть доведен до единицы в результате работы одного из параллельно включенных генераторов в режиме синхронного компенсатора; при этом возможен запуск мощных асинхронных двигателей прямым включением в сеть. При этом ограничиваются провалы напряжения и уменьшаются динамические нагрузки на приводы валогенераторов при резких изменениях частоты вращения приводного вала. Применение МСХ в дизель-генераторах увеличивает время использования валогенераторов в ходовых режимах судна.
Основные элементы схемы: G1 — валогенератор; G2 — дизель-генератор; Ql, Q2 — автоматические выключатели; Kl, К2—контакторы; К9 — реле частоты, срабатывающее при достижении частоты тока дизель-генератора 40 Гц после его запуска.
Рис. 1. Принципиальная схема автоматической совместной работы валогенератора и дизель-генератора
Контакты этого реле через промежуточные реле К8 и К3 выключают валогенератор и включают дизель-генератор. К4 — реле частоты, которое при уменьшении частоты тока валогенератора до 40 Гц через промежуточное реле К6 подключает цепь управления станции автозапуска дизель-генератора. К5 — реле, срабатывающее при достижении частоты тока валогенератора 45 Гц. Реле К5 через промежуточное реле К7 служит для остановки дизель-генератора и подключения на шины ГЭРЩ валогенератора.
Выключатели S1.2, S1.4 закрыты при автоматическом управлении, Sl.l, S1.3 — при ручном управлении. Кнопочные выключатели S2, S5 служат для отключения работающих генераторов, а кнопочные выключатели S3, S4 — для подключения генераторов при ручном управлении. Контакт промежуточного реле К3 шунтирует S1.1 и S3.
В ходовом режиме при автоматическом управлении контакты переключателя S1.2 и S1.4 замкнуты, валогенератор включен на шины ГЭРЩ. Реле частоты тока К4 и К5 находятся в рабочем состоянии. При снижении частоты тока валогенератора до 45 Гц реле К5 выключит свой контакт К5.1, и через промежуточное реле К7 станция автозапуска будет подготовлена к запуску дизель-генератора.
При снижении частоты тока валогенератора до 40 Гц реле К4 обеспечит пуск дизель-генератора. Когда частота тока дизель-генератора достигнет 40 Гц, реле К9 через промежуточное реле К8 отключит валогенератор от шин ГЭРЩ и включит к шинам дизель-генератор. При новом увеличении частоты тока валогенератора до 40 Гц реле К4 отключит цепь питания станции автозапуска, и дизель будет подготовлен к остановке. При достижении частоты тока валогенератора 45 Гц реле К5 через промежуточное реле выключает из работы дизель-генератор и включает валогенератор.
Так как практически трудно получить совпадающие механические характеристики нескольких дизель-генераторов, для обеспечения равномерного распределения активной мощности применяют дополнительные устройства (рис. 2).
Датчик сравнения активных нагрузок ДН генератора G1 и управляемого генератора G2 состоит из трансформатора напряжения Т3, подающего опорное напряжение на измерительный мост, состоящий из резисторов R1—R4, выпрямителей V1 и V2 и конденсаторов С1 и С2: трансформатора сравнения Т4, первичные обмотки которого L1 и L2 включены встречно; резисторов R5 и R6, служащих для получения искусственной нулевой точки трехфазной системы. Для усиления сигнала рассогласования активных нагрузок служат магнитные усилители А1 и А2, имеющие рабочие обмотки и обмотки управления L3 и L4, получающие питание от датчика сравнения активных нагрузок и обмоток смещения L5 и L6.
При неравенстве активных нагрузок генераторов на выходе ДН появляется сигнал, пропорциональный величине рассогласования, который поступает на обмотки управления L3 и L4, включенные встречно.
Рис. 2. Принципиальная схема устройства автоматического распределения активных нагрузок параллельно работающих генераторов
Рис. 3. Структурная схема системы АППД
При этом сердечник одного магнитного усилителя будет намагничиваться, а другого—размагничиваться. В результате этого серводвигатель М окажется включенным в определенном направлении, обеспечивающем увеличение или уменьшение подачи топлива в системе первичного двигателя (дизеля).
Система автоматической синхронизации и равномерного распределения активных нагрузок между параллельно работающими дизель-генераторами (АППД) работает на логических элементах, блоки которой показаны на рис. 3. Автоматизация основана на принципе ведущего генератора (максимально нагруженного любого из трех работающих дизель-генераторов).
Входные сигналы по напряжению и частоте тока на аналого-цифровые преобразователи блока логики БЛ поступают через трансформаторную связь. Автоматическая синхронизация включения генератора на шины ведущего генератора осуществляется методом точной синхронизации блоком АПС при допустимой разности напряжений и частоты тока ведущего и включаемого генераторов (U1 - U2 = Us; f1 - f2 = fs). Сигнал на включение блоком релейного сигнала PC подается с учетом изменения Us во времени и его производной dUs/dt. Время опережения сигнала на включение определяется изменением dfs во времени.
Автоматическое распределение активных нагрузок между параллельно работающими генераторами выполняется блоком АПВ путем сравнения активного тока ведущего генератора (любого из трех работающих) и активных токов параллельно включенных генераторов. В зависимости от допускаемых пределов неравномерности нагрузок подается блоком PC сигнал на включение серводвигателя с учетом времени изменения разности нагрузок.
Наладка и контроль системы АППД осуществляется в блоке НК регулировкой компараторов и измерительных мостов. Блок релейного сигнала PC обеспечивает передачу выходных сигналов АППД в контактную часть электрической схемы управления. Источниками питания для системы АППД служат стабилизированные источники постоянного тока напряжением +5 В, ±15 В и 24 В.
На рис. 4 приведена структурная схема судовой электростанции с муфтами свободного хода (МСХ). Все генераторы соединены с приводными двигателями (дизелями) и гребным валом через муфту свободного хода одностороннего зацепления.
Рис. 4. Схема судовой электростанции с использованием муфт свободного хода
При уменьшении скорости судна, а следовательно, и частоты тока валогенератора поступит сигнал на запуск дизеля Д2, который, разогнавшись до синхронной частоты вращения, обеспечит перевод нагрузки на генератор G2, а валогенератор G1 перейдет в режим работы синхронного двигателя. Соответствующим изменением тока возбуждения можно перевести генератор, работающий в режиме синхронного двигателя, в режим работы синхронного компенсатора реактивной мощности.
Перевод нагрузки с одного генераторного агрегата на другой осуществляется без перерыва питания приемников, причем процесс перевода нагрузки чрезвычайно прост требуется только осуществить запуск или остановку одного из приводных двигателей. Для ввода в работу резервных генераторов нужно только запустить приводной двигатель. Улучшается процесс распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и снижаются обменные колебания между ними. Не требуется защиты генераторов от работы в двигательном режиме, так как потребляемая генератором мощность при переходе в двигательный режим составляет около 5 % номинальной мощности. Коэффициент мощности работающих генераторов может быть доведен до единицы в результате работы одного из параллельно включенных генераторов в режиме синхронного компенсатора; при этом возможен запуск мощных асинхронных двигателей прямым включением в сеть. При этом ограничиваются провалы напряжения и уменьшаются динамические нагрузки на приводы валогенераторов при резких изменениях частоты вращения приводного вала. Применение МСХ в дизель-генераторах увеличивает время использования валогенераторов в ходовых режимах судна.
