Судовые электроприводы с асинхронными двигателями

Двигательный режим. Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся зависимостью между его электромагнитной мощностью Р_м, передаваемой со статора на ротор вращающимся магнитным полем, механической мощностью Р_мех и потерями в обмотке ротора р_м2:

где М — электромагнитный момент, Н*м;

w₁ — угловая скорость магнитного поля, рад/с; f₁ — частота тока статора, Гц; р — число пар полюсов; w₂ — угловая скорость ротора, рад/с; m₁ — число фаз обмотки статора; r₂' — приведенное значение активного сопротивления обмотки ротора, Ом; I₂' — приведенное значение тока ротора, А.

Устройства и системы автоматизации судовых электрических станций

В настоящее время имеется достаточный набор надежных типовых систем и устройств, позволяющих осуществить полную автоматизацию электростанции. 

Автоматический регулятор напряжения генератора современного судна

К ним относятся:

• система ДАУ СДГ-Т (типовая) для дистанционного автоматического управления судовыми дизель-генераторами переменного и постоянного тока мощностью 100—1000 кВт;
• системы автоматического регулирования частоты вращения и напряжения, обеспечивающие требуемое качество вырабатываемой электроэнергии;
• устройства АС-1, УСГ-1, УСГ-2, УСГ-1Г1, УСГ-ПП, УСГ-4Р, УСГ-ЗА, обеспечивающие автоматическую синхронизацию генераторов;
• устройства УВР-1А, УВР-1Г1, включающие резервный генераторный агрегат соответственно по активному или полному току;
• устройства УРГ-1ДА, УРГ-1ДГ1, УРГ-1Р, обеспечивающие отключение части потребителей электроэнергии при перегрузке генераторных агрегатов активным или полным током;
• устройства УРЧН, УРМ для автоматического распределения  нагрузок между параллельно работающими генераторами;
• устройства УКИ-1, ПКИ, «Электрон-1», обеспечивающие автоматический непрерывно действующий контроль сопротивления изоляции электрических цепей как при наличии, так и при отсутствии напряжения в них.

Судовые источники электроэнергии. Генераторные агрегаты

В качестве источников электроэнергии на судах применяют генераторы с автономным приводом (генераторные агрегаты), генераторы отбора мощности и аккумуляторы. Если принятый для судовой электростанции род тока или величины напряжения и частоты отличаются от номинальных параметров некоторых потребителей, то применяют преобразователи электрической энергии.

Генераторные агрегаты (ГА) являются важнейшими элементами электрических станций и состоят из первичного двигателя и генератора.

Первичными двигателями могут быть дизели, паровые поршневые машины, паровые и газовые турбины. Поэтому ГА соответственно называют дизель-генераторами, парогенераторами, турбогенераторами и газотурбогенераторами.

В настоящее время в основном применяют дизель-генераторы и турбогенераторы. Парогенераторы используют редко даже на малых судах из-за их громоздкости и низкого к. п.д., а газотурбогенераторы только начинают внедрять.

Генераторные агрегаты разделяют на основные (к ним можно отнести и резервные), стояночные, аварийные и специального назначения, например для питания траловых лебедок промысловых судов.

Генераторы отбора мощности от главных судовых двигателей обеспечивают электроэнергией потребителей в ходовом режиме. Использование главного двигателя как единого источника энергии ведется двумя путями: использование отбора мощности от главного двигателя для привода валогенераторов; использование утилизации энергии выхлопных газов для питания турбогенераторов.

Установка на судах генераторов отбора мощности обусловлена целым рядом преимуществ и имеет большое практическое значение.

Аккумуляторы на судах используют в качестве аварийных источников электроэнергии, основного источника малого аварийного освещения, в качестве буферного источника тока при использовании валогенераторов, для пуска двигателей внутреннего сгорания и т. д. На судах применяют кислотные и щелочные аккумуляторы.

Регуляторы напряжения вибрационного типа и бесконтактные регуляторы

Автоматический регулятор напряжения вибрационного типа работает по отклонению напряжения. Принцип работы регулятора напряжения вибрационного типа основан на включении в цепь обмотки возбуждения генератора дополнительного резистора при повышении напряжения на выводах генератора (рис. 1).

Регулятор состоит из электромагнита Y, якоря с подвижным контактом S, неподвижного контакта и добавочного резистора R1, включенного в цепь обмотки возбуждения LG генератора.

При нормальном напряжении контакты замкнуты, и обмотка возбуждения генератора получает питание от якоря, минуя резистор. Как только напряжение на выводах генератора увеличится, электромагнит Y, преодолевая сопротивление пружины П, притянет якорь и разомкнет контакт. В результате ток в обмотку возбуждения будет поступать через дополнительный резистор, и напряжение на выводах генератора уменьшится.

Автоматические системы регулирования напряжения генераторов с корректором напряжения

Во время работы напряжение синхронных генераторов зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности, частоты вращения и сопротивления обмоток всех элементов системы возбуждения. Изменение сопротивления обмоток во время работы системы возбуждения зависит от температуры нагрева. Если фазовые компаундирующие устройства автоматически регулируют напряжение по воздействию тока нагрузки и коэффициента мощности, то для учета остальных факторов, влияющих на напряжение генератора, дополнительно применяются корректоры напряжения.

Автоматический бесконтактный регулятор напряжения УБК-М поддерживает постоянное напряжение синхронных генераторов в эксплуатационных режимах судовой электростанции.

Он предназначен для судовых синхронных генераторов с машинными возбудителями, работает по принципу быстродействующего управляемого фазового компаундирования с корректором напряжения.

Уход за коллектором и кольцами

Коллектор является ответственной частью электрической машины и требует постоянного, самого тщательного ухода.

Коллектор должен быть всегда чистым. Особенно вредна металлическая или угольная пыль. Смешиваясь с брызгами масла, эта пыль образует на коллекторе грязь, что вызывает искрение между щетками и пластинами коллектора.

На поверхность коллектора не должны выступать слюдяные (миканитовые) прокладки, отделяющие одну пластину от другой. Коллектор должен иметь гладкую, полированную и строго цилиндрическую поверхность.

Чистка коллектора производится сухими полотняными тряпками. Во время остановки машины или при холостом ее ходе угольный налет можно счищать тряпками, смоченными бензином или спиртом. Во время хода нагруженной машины пользоваться тряпкой, смоченной бензином или спиртом, запрещается; в этом случае для удаления жирного угольного налета применяют стеклянную бумагу или пемзу.

Параллельная работа генераторов переменного тока

Параллельная работа генераторов переменного тока требует соблюдения более сложных условий, чем параллельная работа генераторов постоянного тока.

Для включения синхронного генератора параллельно с другим необходимо:

1) равенство напряжений работающего и подключаемого генераторов;
2) равенство их частот;
3) совпадение порядка чередования фаз;
4) равенство углов сдвига между э. д. с. каждого генератора и напряжением на шинах.

Последнее условие сводится к геометрически одинаковому наложению роторов генераторов относительно обмоток своих статоров.

Процесс приведения генераторов в такое состояние, при котором все перечисленные условия будут выполнены, называется синхронизацией генераторов.

Если генераторы синхронизированы, то включение их на параллельную работу протекает спокойно, без появления в системе каких-либо дополнительных толчков тока. Если хотя бы одно из условий не выдержано, то между генераторами появляются значительные уравнительные токи, которые не позволяют осуществить параллельную работу генераторов, а в некоторых случаях могут даже вызвать их повреждение.

Исследование систем прямого фазового компаундирования синхронных генераторов в статических и динамических режимах

Лабораторная работа: "Исследование систем прямого фазового компаундирования синхронных генераторов в статических и динамических режимах"

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение систем прямого фазового компаундирования синхронных генераторов; приобретение практических навыков по наладке систем, снятию статических и динамических характеристик. 

ПРОГРАММА РАБОТЫ: 1) Изучить систему самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения генераторов серии МСС; 2) Изучить схему системы прямого фазового компаундирования и ознакомиться с лабораторной установкой; 3) Снять внешнюю и регулировочную характеристику генератора при различных значениях фазового угла нагрузки; 4) Снять статические характеристики генератора с включенной систем прямого фазового компаундирования при различных значениях фазового угла нагрузки; 5) Используя осциллограф определить величину провалов напряжения.

Что такое БСГ? Бесщеточные синхронные генераторы (БСГ)

На современных судах и вновь строящихся в качестве источника синусоидального переменного тока широкое применение получили БСГ.

Что такое БСГ?

БСГ - это синхронный генератор, у которого в качестве возбудителя применяется электрическая машина переменного тока; обращенная 3-х фазная обмотка возбудителя через неуправляемый выпрямительный мост Ларионова питает индуктор (U1,U2).

Для обеспечения уверенного возбуждения БСГ на валу установлен подвозбудитель, представляющий собой 3-х фазный синхронный генератор без обмотке на роторе. Обмотки основного возбудителя и подвозбудителя соединены между собой через регулятор напряжения. К нему же подается мощность от статора БСГ, обусловленная наличием остаточного напряжения. В результате преодолевается запорное действие диодного моста Ларионова при малых напряжениях, к нему подаваемых. 

Исследование систем стабилизации напряжения судовых генераторов

Цель работы

Изучить устройство, принцип действия, особенности настройки, эксплуатации и исследовать основные режимы работы систем стабилизации напряжения.

Краткие теоретические сведения

Одним из основных параметров электрической энергии является напряжение, от стабильности которого в значительной степени зависит надежная работа судового электрооборудования. В установках переменного тока уменьшение напряжения на 15—20% вызывает значительное ухудшение механических характеристик асинхронных электродвигателей и затрудняет их пуск. Даже кратковременные глубокие провалы напряжения (свыше 35% от номинального) приводят к самоотключению обычных типов пусковой аппаратуры. Согласно Правилам Регистра напряжение генераторов переменного тока должно поддерживаться в статических режимах с точностью ±2,5% номинального значения при изменениях нагрузки от холостого хода до номинальной, а в динамических режимах при набросе 100% нагрузки и сбросе 50% изменение не должно превышать 20% номинального значения при времени переходного процесса не более 1,5 с. Поэтому синхронные генераторы снабжаются регуляторами напряжения, воздействующими на них возбуждение с целью стабилизации напряжения при действии внешних возмущений (величины и характера нагрузки, изменения частоты, температурного и гистерезисного влияния).

Отработка эксплуатационных навыков по управлению судовыми синхронными генераторами

Цель работы

Ознакомление с конструкцией ГРЩ, его коммутационно-защитной и измерительной аппаратурой, электрогенерирующими агрегатами и их системами регулирования и управления. Испытание электрической станции в различных режимах работы. Исследование различных способов включения генераторов на параллельную работу. Отработка навыков по настройке САР напряжения и частоты вращения генерирующих агрегатов.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией ГРЩ, дать эскиз его общего вида.
2. Ознакомиться с электрогенерирующими агрегатами, их конструкцией и техническими характеристиками.
3. Ознакомиться с конструкцией, устройством, техническими характеристиками коммутационно-защитной и измерительной аппаратуры ГРЩ.
4. Произвести испытания электростанции в условиях работы каждого электрогенерирующего агрегата в отдельности.
5. Произвести испытания электростанции в процессе синхронизации различными способами.
6. Произвести испытания электростанции в условиях параллельной работы агрегатов.
7. Произвести испытания защиты генераторов от обратной мощности.
8. Обработать результаты испытаний и дать их анализ.

Методы ремонта судовых синхронных генераторов

Для начала опишем методы диагностирования и ремонта механической части генератора.

1. Температура статорной обмотки в номинальном режиме работы не должна превышать 90 градусов. Температура измеряется в каждой фазе термосопротивлением Рt100. Перегрев генератора может быть вызван несколькими причинами. В первую очередь при повышении температуры следует обратить на ток нагрузки генератора, в случае если ток больше номинального, необходимо снизить нагрузку генератора, либо ввести в параллель дополнительный генератор. В случае, если ток нагрузки не выше номинального следует замерить температуру поступающего в генератор воздуха (должна быть не выше 50°С) и оценить загрязнённость вентиляционных каналов генератора. При необходимости необходимо их очистить и промыть.

2. Местный нагрев, гудение, появление дыма может быть вызвано появление межвиткового КЗ в обмотке статора генератора. При появлении указанных признаков и подозрения на появление межвиткового КЗ необходимо в первую очередь измерить сопротивление изоляции относительно корпуса, а также сопротивление фаз (предположительно мостом Уинстона, либо другим прибором). Если значения фазных сопротивлений разные, или мало сопротивление изоляции генератор необходимо разобрать и тщательно осмотреть. Если выявленная неисправность не может быть устранена на судне, генератор необходимо сдать в ремонт.

3. Максимальная температура подшипника не должна превышать 85°С. При превышении этого значения в первую очередь необходимо замерить уровень смазки, сорт и определить её качество. Если смазки недостаточно, необходимо её добавить, если же она загрязнена, то необходимо её полностью удалить, очистить подшипник после чего наполнить подшипник заново.

Характерные дефекты судового синхронного генератора и причины их возникновения

Характерные дефекты судовых синхронных бесщёточных генераторов можно разделить на механические дефекты и дефекты системы автоматического регулирования напряжения.

Рассмотрим характерные дефекты механической части синхронных генераторов и причины их вызывающие:

1. Перегрев генератора:
1.1. Перегрузка генератора;
1.2. Загрязнение вентиляционных каналов;
1.3. В машину поступает горячий воздух.

2. Местный нагрев, гудение, появление дыма:
2.1. Местные замыкания в обмотке статора.

3. Перегрев подшипников:
3.1. Загрязнение подшипника посторонними твёрдыми частицами;
3.2. Неправильный выбор сорта смазки;
3.3. Мал масляный зазор или плохая шабровка вкладыша;
3.4. Стальные кольца намагничиваются и прилипают к валу;
3.5. Избыток смазки в узле или её отсутствие;
3.6. Трение сопряжённых с подшипником деталей;
3.7. Дефекты установки и сборки генератора;
3.8. Износ или разрушение деталей подшипника.

4. Повышенная вибрация машины:
4.1. Нарушена центровка валов приводного двигателя и генератора, неисправна соединительная муфта;
4.2. Разрушение деталей подшипника;
4.3. Овальность шеек вала;
4.4. Недостаточная жёсткость фундамента;
4.5. Межвитковое или короткое замыкание в обмотке ротора.

5. Генератор работает с повышенным шумом:
5.1. Отсутствие смазки в подшипниках;
5.2. Увеличение зазоров в подшипниках;
5.3. Разрушение деталей подшипников;
5.4. Ослабление крепления генератора с приводным двигателем, износ прокладок;
5.5. Неравномерный воздушный зазор;
5.6. Задевание крылатки за корпус машины.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Технология судоремонта"

Дисциплина: Технология судоремонта (ТСР)
Методические указания к лабораторным работам

1. Обновление работоспособности турбин и турбокомпрессоров

В методическом пособии изложены виды повреждений, методы обнаружения дефектов и технологические операции процессов восстановления работоспособности судовых турбин и турбокомпрессоров.

Большинство дефектов турбомашин устраняют, как правило, при заводском ремонте, однако некоторые, как показывает опыт эксплуатации турбокомпрессоров, могут быть устранены экипажем в процессе планового технического обслуживания без вывода судна из эксплуатации. Рекомендации по выполнению таких работ представлены в табл. 1. Здесь условно обозначены методы обнаружения дефектов: В — визуальные методы, И — специальные измерения, К — капиллярные методы, Г — гидравлические испытания.