На рис. 1 схема собрана для работы генераторов Г1, Г2, Г3 на оба якоря электродвигателя. Переключателями можно набрать в схему любое число генераторов (от 1 до 4), причем в любом сочетании. При выходе из строя одного из якорей электродвигателя его можно выключить из схемы и вместо него включить перемычку (на схеме не показана). В таком состоянии можно работать с одним или максимум двумя генераторами в схеме. Набор схемы переключателями производится заранее; при отсутствии тока и на ходу дальнейшее переключение невозможно.
Рис. 1. Схема прохождения главного тока ГЭУ
На рис. 2, а — е показаны возможные варианты набора схемы главного тока портового ледокола. Для привода носового винта установлен электродвигатель постоянного тока мощностью 1600 л. с. напряжением 800 В. Для привода кормовых винтов установлены два электродвигателя М2, М3 мощностью по 2400 л. с., напряжением по 1200 В.
Дизель-генераторные установки состоят из трех дизелей. Каждый дизель приводит во вращение два генератора мощностью по 625 кВт, напряжением 400 В каждый.
На якорь каждого кормового гребного электродвигателя в зависимости от режима работы подается напряжение 400, 800, 1200 В. На носовой гребной электродвигатель M1 всегда подается напряжение 800 В.
Рис. 2. Режимы главного тока портового ледокола
Рис. 3. Простейшая схема главного тока ГЭУ переменного тока
Рис. 4. Схема ГЭУ с одним генератором и двумя гребными электродвигателями
ГЭУ двойного рода тока
В настоящее время ведутся научно-исследовательские работы и проектные разработки установок двойного рода тока. Уже построены суда с ГЭУ двойного рода тока (рис. 5). В этих установках применены синхронные генераторы Г переменного тока, которые питают выпрямительные преобразователи на неуправляемых вентилях В или тиристорах Т (управляемые вентили) и гребные электродвигатели М постоянного тока. Электротехнической промышленностью освоено производство вентилей и тиристоров на токи до 700 А напряжением 600—10000 В, это дает возможность создавать мощные ГЭУ двойного рода тока.
ГЭУ двойного рода тока можно подразделить на установки с тиристорами (см. рис. 5, а) и с неуправляемыми вентилями в силовой цепи (см. рис. 5, б). В установках первого типа напряжение и частота синхронного генератора неизменны; возможен отбор электроэнергии для общесудовых нужд. Регулирование частоты вращения гребного электродвигателя производится изменением напряжения на выходе тиристорного преобразователя. Блок управления БУ регулирует степень открытия тиристоров, и двигатель получает изменяемое по величине напряжение постоянного тока. Реверс электродвигателя ГЭУ выполняется изменением магнитного потока в нем (изменяется на противоположное направление ток в обмотке ОВ). При реверсе никаких переключений в силовой цепи не делают.
В установках ГЭУ второго типа (см. рис. 5, б) регулирование частоты вращения двигателя М достигается изменением величины напряжения синхронного генератора путем регулирования тока возбуждения iв. Здесь отбор мощности для общесудовых нужд невозможен, так как напряжение генератора изменяется.
Рис. 5. ГЭУ двойного рода тока
Такой принцип построения схемы главного тока позволил создать двухтурбинную ГЭУ мощностью 75 тыс. л. с. с уменьшенными массой и габаритом и повышенными технико-экономическими показателями по сравнению с установками, работающими на постоянном токе.
ГЭУ ледокола
В состав ГЭУ ледокола входят (рис. 6): два главных турбогенератора (ГТГ1, ГТГ2) мощностью по 37,5 тыс. л. с., шесть синхронных генераторов переменного тока Г1—Г6 мощностью по 9 тыс. кВт, три щита электродвижения (ЩЭД), три двухъякорных гребных электродвигателя (МН, МК) мощностью по 8,8 тыс. кВт, шесть силовых неуправляемых выпрямительных установок В, шесть нереверсивных тиристорных возбудителей генераторов ВГ, шесть реверсивных тиристорных возбудителей гребных электродвигателей ВМ, пульта и постов управления (не показаны на схеме).
Рис. 6. Структурная схема ГЭУ ледокола
Генераторы Г1—Г6 соединены с турбинами без редукторов, вырабатывают переменный ток частотой 110—125 Гц, напряжением 780 В. Выпрямители В преобразуют этот ток в постоянный напряжением 1000 В.
Для регулирования частоты вращения гребных электродвигателей регуляторами Р с поста управления через ЩЭД воздействуют на статические возбудители генераторов ВГ.
Изменяется ток возбуждения генераторов Г1—Г6; регулируется величина их выходного напряжения, и, следовательно, двигатели гребных винтов получают изменяющееся в широких пределах напряжение, что обеспечивает достаточное число режимов работы ледокола.
Дополнительное регулирование электродвигателей МН, МК производят изменением тока возбуждения в обмотках возбуждения ОВ гребных электродвигателей. Это выполняют с помощью тиристорных возбудителей электродвигателей ВМ, которые при реверсе изменяют направление тока в обмотках ОВ (реверсируется магнитный поток гребных двигателей).
На ледоколе установлены четыре дизель-генератора с синхронными бесщеточными генераторами переменного тока, вырабатывающими напряжение 600 В на щит ГЭУ. Два тиристорных моста преобразуют переменный ток в регулируемое напряжение постоянного тока, которое подается на два гребных электродвигателя постоянного тока. Изменение величины напряжения на входе электродвигателя позволяет регулировать частоту вращения и мощность на винтах.
В цепи возбуждения гребных электродвигателей установлены реверсивные трехфазные мосты, которые для реверса гребных винтов изменяют направление тока в обмотках возбуждения двигателей. В режиме регулирования эти же тиристорные мосты, изменяя величину тока в обмотках возбуждения двигателей, выполняют роль дополнительных регуляторов гребных двигателей.
Электроэнергетическая установка буксира
Электроэнергетическая установка буксира не имеет судовой электростанции для обеспечения электроэнергией судовых потребителей. Наиболее мощные потребители электроэнергии получают напряжение переменного тока 600 В непосредственно со щита ГЭУ. Для остальных потребителей судна установлены три преобразователя (двигатель — генератор) переменного тока напряжением 600/400 В, которые питаются также от щита ГЭУ.
В нормальном ходовом режиме достаточно мощности одного преобразователя. Только в режиме стоянки используется стояночный дизель-генератор переменного тока.
ГЭУ ледокола, как и судно в целом, выполнена с высокой степенью автоматизации.
Применение ГЭУ по системе двойного рода тока
Применение ГЭУ по системе двойного рода тока позволяет сочетать экономические и эксплуатационные достоинства генератора переменного тока с маневренными достоинствами гребного электродвигателя постоянного тока, а именно:
- в связи с тем что генератор переменного тока по своей конструкции позволяет применять высокие частоты вращения, возможно применение экономичных и высокооборотных первичных двигателей (паровых и газовых турбин) при непосредственном сочленении с генератором: это приводит к уменьшению массы и габарита установки;
- возможность применения синхронных генераторов повышенной электрической частоты, что влечет за собой уменьшение пульсации выпрямленного напряжения, поступающего на гребной электродвигатель;
- повышение надежности ГЭУ и ее к. п. д. благодаря использованию синхронных генераторов. Эти генераторы значительно проще в эксплуатации, чем генераторы постоянного тока, где необходим тщательный уход за коллектором и щетками. Последнее обстоятельство может позволить сократить штат электриков;
- возможность работы синхронных генераторов с постоянной частотой вращения, так как регулирование гребного электродвигателя осуществляется тиристорным преобразователем;
- возможность отбора мощности от шин электродвигателя и исключения электростанции для общесудовых нужд;
- использование всех достоинств гребного электродвигателя постоянного тока, т. е. хороших регулировочных и реверсивных качеств.
