автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование ЭЭУ парусно-моторного судна с гребным вентильным двигателем

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственная морская академия им. адмирала С. О. Макарона

Р г г

'Б Пл

I/ Ц На правах рукописи

УДК 629.12.037.4-83:125,3

ИВАНОВ Андрей Владимирович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЭУ ПАРУСНО-МОТОРНОГО СУДНА С ГРЕБНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность: 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наугс

Санкт-Петербург ¡99-»

Работа выполнена в Государственной морской академии имен адмирала С. О. Макарова. Научный ругаводитель -

кандидат технических наук, старший научный» сотрудник Сшсь НЕ Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Целемацкий В. А. кандидат технических наук, старший преподаватель

Кокошников С. П.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт морского флота

Защита состоится " 2 " ИЮНЯ 1994 г. вМ^? часов на заседании специализированного совета Д 101.02.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова по адресу: 1ЭЭ026 г. Санкт-Петербург,В. О. 21 линия, д. 14а. С диссертацией можно ознакомиться в бибнлиотеке академии. Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, проси: направлять учёному секретарю специализированного совета ш вышеуказанному адресу. -

Автореферат разослан " ¿4 "Щ7|)&/\91994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

доктор технических наук, профессор 11Е. Жадобин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. В последнее время ведущие морские державы мирз, в том числе страны СНГ, стали уделять большое внимание вопросу создания парусяо-моторных судов. Это обусловлено перспективностью их использования в качестве транспортных, круизных и учебных судов. При этом представляется возможным улчшить технико-экономические показатели электроэнергетической установки (ЗЭУ) судна и уменьшить влияние вредных (факторов, воздействующих как на членов экипажа и пассажиров, так и на окружавшую среду.

Несмотря на разнообразие энергетических установок на парено-моторных судах наиболее распространенным типом ЗЭУ продолжает оставаться установка традиционного исполнения с тепловым главным двигателем (ГД) и автономной судовой электростанцией. Данным установкам при их использовании на парусна-моторных судах присущ! следующие основные недостатки: невозможность использования энергии ветра для питания судовых эдектропотребителей, низкая эффективность и сложность автоматизации совместной работы парусного вооружения и ГД

Современное развитие науки и техники открыла возможность создания новых типов ЭЭУ для парусно-шторных судов,позволяющих устранить недостатки, присущие установкам традиционного исполнения. До настоящего времени данная задача не получила однозначного решения, что определяет её важность и актуальность.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является разработка и исследование ЭЗУ парусно-моторного судна, обеспечивающей требуемые режимы работы, обладающей высокими техннко-экономическими показателями и позволяющей использовать динамическую энергии

\

негра длл питания судовых электропотребителей.

Ё соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи диссертационной работы:

- исследовать основные режимы работы ЭЭУ парусно-моторных судов и обосновать возможность и целесообразность отбора мощности с гребного винта, работавшего при,ходе судна под парусами в режиме гидротурбины,

- разработать структурные схемы ЭЭУ парусно-шторных судов нового поколения,

- разработать и исследовать системы управления н регулирования (СУпР) гребного вентильного двигателя (ГВД) и ЗЭУ*па-русно-моторкого судна при работе ГЬД в режиме гидрогенератора.

¿ЕТО.ДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При выполнении диссертационной работы использовались теоретические, экспериментальные и численные методы исследований.

^Экспериментальные исследования основных релимов работы ЭЭУ проводились на парусно-шторном судне "Ыир". Выполнен сбор данных, характеризующих различные режимы работы ЭЭУ па-русно-моторного судна и проведена их обработка с применением прикладного аппарата математического обеспечения.

Теоретические исследования работы чинга з реклме гидротурбины осуществлялись математическим аппаратом теоретической гидродинамики с использованием результатов испытаний моделей гребных винтов я основных положений гидромеханической теории взаимодействия корпуса судна и двпжетеля.

Теоретические исследования гребного вентильного дьигателя проводились аналитическими методами теории электрических машин переменного тока н преобразовательной техники, Сазирую-2

дамся на использовании векторных диаграмм и метода мгнсвеккьа значений переменных.

Экспериментальные-исследования гребного винта, работающего при ходе судка под парусами 2 режиме гидротурбины, прове-доны на па рус но- моторном судне "Мир" методом активного эксперимента.

Экспериментальные исследования основных режимов работы ЭЗУ парусно-когсрнного судна с СУиР осуществлялись на физической модели установки.

НОВЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОСНОВНЫЕ ПОЛЖИЯ, ШНССИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. Е диссертационной работе получэны следующие ковке научные результаты, которые выносятся на гаинту:

- выполненные теоретические и экспериментальные исследования показали возможность к целесообразность отбора мощности с гребного винта, работающего при ходе судна под парусаш в режиме гидротурбины,

- разработаны перспективные схемы S3/ парусно-моторных судов нового поколения, позволяющие использовать энергию ветра для питания судовых электропотребителеЯ и обладающие широкими функциональными возможностями, повышенной надежностью, высоктш техшко-экономкческнш л хороши.«! массо-габзрнтяымн показателями,

- разработана СУш? ГЕД, реализующая основные режимы работы гребного двигателя пзрусно-моториого судна, обеспечивая при этом его высокую эффективность работы,

- разработана СУиР ЗЭУ парусно-моторного судна, позволяющая поддерживать постоянство напряжения и частоты на шинах судовых электропотребителеЯ при работе ГВД в режиме гидрогенератора.

ЖАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработанные схемы ЭЭУ, могут быть использованы при создании и проектировании парусно-моторных судов нового поколения,

- предложенные методики расчета основных характеристик ГВД и синхронного компенсатора, реализованные в виде программ для персонального кошыэтора, могут использоваться при разработке синхронного электропривода с полупроводниковым преобразователем,

- разработанные С^иР.ГЕД и ЗЭУ могут использоваться при проектировании и создании ГЭУ для судов различного назначения, а такае в береговых установках с источником электроэнергии переменной частоты, 1

- предложенный к проверенный в судовых условиях способ запуска главного двигателя с помощью гребного винта, работающего в режиме гидротурбины, рекомендован к использованию на парусно-моторных судах, находящихся в эксплуатации,

- разработанную физическую модель ЭЭУ парусно-моторного судна с ГВД целесообразно использовать для проведения научных исследований и подготовки специалистов в высших учебных заведениях.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ а Результаты диссертационной работы использовались при выполнении научно-исследовательских работ 3/К Ы 21 ЛЕИМ/ (И ГР 01860087056),3/Н N 1446 ЛИШУ (I) ГР 01890034426), 3/Н И 1615 ГМА'Н ГР 01020010464,3/Н N 1810 ГМА.

ЭЭУ парусно-моторных судов защищены двумя авторскими свидетельствами СССР (II 1667510, 1687509) и двумя ноложитель-

нши решениями ЕШИГПЭ по поданным заявкам на кгобретенке (Н 5051574 /11, 5051575/11).

На способ запуска главного двигателя с помощью гребного, винта, работающего в режиме гидротурбины, 'получено авторское свидетельство СССР N 1830429. Данный способ запуска глазного двигателя принят к использовании на учебном парусно-моторном судне "Мир".

Разработанная физическая модель ЭЭУ парусно-моторного судна с ГЕД внедрена в учебный процесс на электромеханическом факультете Г!/Л им. адм. С. 0. Макарова и используется в диплом-ком проектировании и для проведения экспериментальных и научно-исследовательских работ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 3-й Ленинградской конференции "Еетро-движение и ветроэнергетика транспортных судов" (г. Ленинград, 1930 г.),на всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения в автономной электроэнергетике" (г Севастополь, 1991 г.), на научно-технической конференции "Проблемы обеспечения живучести кораблей и судов" (г. Санкт-Петербург, 1992 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛВИМУ, ГМА им. адм. С.О.Макарова в 1991-1994 г. г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные научные результаты, полученные в диссертации, изложены в 6 печатных работах, 3 авторских свидетельствах и 2 заявок на изобретение с положительными решениям! В1ЖГПЭ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЕ Диссертация состоит иа введения, четырех: глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста,

содержит 64 с. рисунков и таблиц, 14 с. списка литературы, 48 с. приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, заключающаяся в необходимости возрождения парусного флота. Дается обзор и критический анализ ЭЭУ парусно-моторных судов традиционно! о исполнения. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Даётся ее логическое построение и краткая характеристика разделов.

»

3 первой главе проведены исследования осноеных режимов работы 33/ парусно-моторных судов и гребного, винта, работающего в режиме гидротурбины, разработаны структурные схемы ЭЭУ парусно—моторных судов нового поколения и произведён выбор ' типа ГЦД применительно к данным установкам.

Отличительной особенностью современных парусно-моторных судов является наличие двух движэтелей, с помощью которых можно обеспечить ход судна: парусного вооружения и гребного винта (ГВ), приводимого в движение главным двигателем. Это определяет основное режимы работы ЭЭУ, которые были исследованы на парусно-моторном судне "Мир". Данные исследования показали, ЧТО:

- основным режимом работы судна является ход под паруса- ' мл, при этом в 60-70 Т. от обизходового времени судно, идущее под парусам:! способно развивать скорость 8 и более узлов,

- вторым по продолжительности режимом работы является режим сов:кэсгной работы парусного вооружения и ГД, при атом примерно DOT. времени двигатель работает с нагрузкой менее 757.

в

от номинальной,

- мощность судовых электропотребителей при ходе судна под парусами уменьшается на 20-30Х и для паруено-мэторного судна "Мир" составляет 80-100кВг.

При ходе судна под парусами гребной винт может работать в режиме гидротурбины. Если с винта в данном случае снимать мощность, необходимую.для питания судовых элетропотребителелй, то, как показали расчеты, потери в скорости судна не превысят 1,5-2 узлов.

Для определения возможности отбора мощности с гребного винта, работающего при ходе судна под парусзи.т в режиме гидротурбины, по методу Лавреньтева В.М. произведен расчёт основных характеристик винта парусно-моторного судна "Мир. "При расчетах использованы результаты испытаний моделей гребных винтов.

Проведенные исследования характеристик ГВ показали, что для снятия мощности с гребного винта, необходимой для питания судовых электропотребителей, достаточно скорости судна порядка 8-9 узлов. При этом каксимадьная мощность, которую можно снять с винта, составляет около 0,26 ог эффективной мощности, затрачиваемой энергетической установкой на движение судна. Диапазон частоты вращения ГВ, работающего в режиме гидротурбины, лежит в пределах 0,5-1,2 от номинальной величины.

Выражение, позволяющее произвести количественную оценку величины максимальной мощности (М), снимаемой с ГВ, работающего в режиме гидротурбины в о. е., имеет вид:

' и ^ (1)

" 27а2

где: а,б.с-коэффициенты алроксемации, позволяющие описать начальный участок реверсивной характеристики га

Е связи с вышеизложенным ЭЭУ парусно-моторных судов современной постройки помимо обеспечения высокой эффективности совместной работы гребной установки и парусного вооружения должны предусматривать возможность использования динамической энергии ветра для питания судовых электропотребителей. Проведенный анализ различных типов ЭЭУ показал,что наиболее перспективной установкой для парусно-моторных судов нового поколения является единая ЭЭУ (ЕЭЭУ) переменного тока на базе системы электродвияения с гребным вентильным двигателем синхронного типа и полупроводниковым преобразователем (ПП) с естественной коммутацией.

Разработаны схемы ЕЭЭУ парусно-моторных судов, защипанные авторскими свидетельствами на изобретение, позволяющие использовать энергию ветра для питания электропотребителей и обладающие широкими функциональными возможностями, повышенной надежностью, высокими технико-экономическими и сравнительно низкими массо-габаритными показатедями. Это достигается применением двух контуров главного тока, использованием в составе ГВД двухъякорных синхронных машин, высокой гибкостьо схемы и взаимозаменяемостью элементов, использованием нескольких источников электроэнергии, а также возможностью осуществления стартёрного запуска вспомогательных тепловых двигателей и ветроколэс.

На рис. 1 представлен один иг вариантов разработанных схем ЕЭЭУ парусно-моторных судов. Установка-работает следующим образом. При ходе судна под парусами вспомогательные тепловые

двигатели 1 не работают, а синхронные генераторы 3 отсоедине->

ш от них разъединительными м^фгами 2. Гребной винт 15, работая в режиме гидротурбины, приводит в движение синхронную ма-хшу 13, которая вырабатывает электроэнергию для питания судовых алектропотребигелей 17. В случае, когда ход судна обеспечивает ГВД, состоящий из синхронной машины 13 с датчиками частоты и фазы 14 и ПП с Непосредственной связью (Н1Ш) 9, электроэнергию вырабатывают синхронные генераторы 3. Во всех режимах электроэнергия может поступать также от ветроге-нераторов 6, приводимых в движение ветроколесами 8 и аккумуляторных батарей 11, которые в случае избытка мощности на винах судовых . электропотребителей 5,заряжаются с помощью автоматических зарядных устройств 12. Запуск тепловых двигателей 1 н ветрокодес 8 может осуществляться работающими в режиме вентильных двигателей синхронными генераторами 3 и вет-рогенерагорами 6, для чего последние снабжены датчиками частоты и фазы 4,7. Многопознционные переключатели 16 подключают к блокам управление 10 НПП 9, соответствующие режиму работа установки, датчики частоты и фазы 4,7,14.

Анализ схемных решений ГВД показал,что наиболее перспективным типом двигателя, целесообразны)*! для использования в составе ЕЗЭУ парусно-моторных судов является вентильный двигатель, состоящий из двухъякорной трехфазной синхронной машины с обмотками, сдвинутыми на 30 эл. град., системы возбуждения на базе управляемого выпрямителя, НПП тока с нулевыми вентильными группами, датчика положения ротора (ДПР) и одно-обмоточного сглаживающего дросселя, подключаемого посредством неуправляемого выпрямителя к концам стоторной обмотки СИ

Во второй главе разрабатывается функциональная схема системы управления и регулирования ГВД парусно-моторного суд-

на.

Проведенный анализ особенностей работы гребного двигателя в составе ЕЭЭУ парусно-моторного судна показал, что в качестве основного режима ГВД целесообразно использовать режим поддержания постоянства частоты вращения, что позволит повысить технико-экономические показатели установи!.

Особенностьи работы ГЕД с ШШ является то, что процессы выпрямления и инвертирования осуществляются одними и теми же вентилями. При этом моменты совпадения машинной и сетевой коммутации приводят к изменению продолжительности коммутационных процессов. Так, величина угла машинной коммутации СЭД для случая совпадения сетевой и машинной коммутации при работе ГВД в двигательном режиме может быть определена из следующего выражения:

гЦ'М'-т+М) = съ^-Щ-сар ^¡{сои -с^ф) (2)

где: Е - ЭДС вращения двигателя, и - напряжение питающей

/ У*

сети, I - ток двигателя, .Иг, Юа - входная и

выходная частота НПП, , А -утол включения и угол опережения включения вентилей ШШД/Л! -индуктивность контуров сетевой и машинной коммутации.

Исследования процессов коммутации в ГЕД с НПП показали, что наилучшими показателями с точки зрения коммутационной устойчивости во всём диапазоне частот вращения обладает машинная коммутация, осуществляемая совместны1),1 действием в контуре коммутации ЭДС вращения двигателя и напряжения питающей сети.

Разработаны системы управления (СУ) НПП, позволяющие ввести в контур машинной коммутации напряжение питающей сети, что приведёт к уменьшение угла коммутации, повышению асполь-

11

еования ГВД, кроме того позволит увеличить предельную частоту врашэння СМ, при которо^ преобразователь тока допускает работу с углом опережения включения меньшим, чем угол коммутации. В отличие от известных, разработанные СУ НПП позволяют осуществить данный способ коммутации тиристоров без использования датчиков состояния вентилей (ДСВ). При этом формирование выходных управляющих иютульсов СУ ( Д«,и ) осуществляется в соответствии со следующим выражением;

а:; = ^. £

где : V п , \т — импульсы управления вентилей анодной и катодной групп питающей сети и двигателя длительностью соответственно 120 эл. град, входной и (120-Ты) эл. град выходной частоты.

Проведены исследования, позволившие выявить наиболее рациональные режимы работы ГВД. На низких частотах вращения получить максимальный врашэювдй момент, необходимый для запуска и реверса двигателя можно при регулировании НПП по закону \><> = t]2 и номинальном токе возбуждения СМ. На высоких частотах вращения наиболее рациональным режимом работы двигателя, поз-воляю1дим повысить его КПД на частичных уровнях нагрузки, является режим поддержания постоянства проекции основного пото-косцелления СМ на направление, ортогональное вектору тока ( Vci - tcn.it ), формируемый на границе коммутационной устойчивости. Получены законы регулирования утла опережения включения вентилей ) НПП и тока возбуждения СМ ( Jk ) при синхронизации ГВД от ДПР, позволяющие реализовать данные режимы работы двигателя:

Ie=IiCOKSt + 1.УЛГ (I) (S)

где: J\oi, p>o» - составляют« угла опережения, изменяемые соот-ветстепно в функции частоты врадення и в функции отношения тога нагрузки к току розбуж-дения ГВД.

lM®«st,!»wr постоянная и переменная, изменяемая в функции тока нагрузки, составляющие тока возбуждения двигателя. На рис. 2 представлены расчётные зависимости угловых величин ГВД с СМ типа ЕС52-4С от нагрузки при номинальной частоте вращения и различных законах регулирования. Из рис. 2 видно, что при реализации пропорциональных зависимостей изменения составляющих угла опережения включения вентилей (Ua и токе возбуждения Г*у«г в функции соответственно Г/Г» и I во всем диапазоне нагрузок ГВД угла запаса S незначительно отличается от номинальной величины, при атом выполняется условие коммутационной устойчивости работы преобразователя (S s> ¿V,n ).

Следует отметить, что у ГВД с преобразователем тока при изменении нагрузки изменяется не только утол коммутации , но и под действием реакции якоря,амплитуда фазной ЭДС от потока в зазоре. В связи с этим при расчёте углов коммутации использовалось выражение, позволяющее учесть данную особенность, представленное ниже: т._„_Ш.

• Sin Уh\• sin У/г (6)

J *« + % • vn -í.ín'(p>«-s"/¿)+x^ctJs.s(f>o-К/г) "

где: Хк, Х.({ , Xj. - соответственно коммутационное индуктивное сопротивление, продольное и поперечное индуктивное сопротивление СМ

Рис.2. ЗгЕПс:".юсгь угловых величин ГВД от нагрузки.

Ч- Рс = сОШ, 1ь = 7ьно»; 1-8=СОЯ5<, 1в=/бда«; 3-?В = Г+К1 ljh.lt =1бсо«£' + Кг1.

Получены выражения, позволяющие расчитать переменную (Ху*г) и постоянную СУото»^ ) составлявшую потокосцепления СМ, обусловленные током -возбуждения при регулировании ГВД по закону Тл = 1Слном :

YoCOH.it - см ( -

где: Ы - продольная индуктивность СМ. Предложена методика расчёта основных характеристик ГВД позволяющая определить законы регулирования угла опережения включения вентилей НПП и тока возбуждения СМ, необходимые для реализации рациональных режимов работы двигателя.

Разработана функциональная схема СУиР ГВД (рис. 3), позволяющая обеспечить выполнение требований, предъявляемых к гребному двигатели парусно-моторного судна, реализуя при этом рациональные режимы работы. СУиР состоит из трёх каналов регулирования: двухконтурного замкнутого канала регулирован™ тока, с внешним контуром регулирования скорости,одноконтурного разомкнутого канала регулирования угла опережения включения тиристоров и двухконтурного канала регулирования тока возбуждения с разомкнутым внешним контуром регулирования потокосцепления. В состав СУиР входят: пульт управления (ПУ), задат-4SÍK интенсивности (ЭИ), датчики тока (ДТ), скорости (ДО), мощности (ДМ), тока возбуждения (ДТв), положения ротора (ДПР),угла коммутации (ДУХ), регуляторы скорости (РС), мощности (РМ), тока (РТ), тока возбуждения (РТв), блоки формирования режимов (Ш>), управления фазой (БУФ), задержки (БЗ), синхронизации

ё 3

о §

О)

и о

п

о &

IÍ

(БС), выходных каскадов (БВК), задания угла опережения (ЕЗУО) и задания потокосцепления (ВЗП),фаэосдвигащие устройства (8СУ1, 2), генератор заполнения (ГЗ), а также система управления (СУЗ) управляемого выпрямителя (УВ) тирнсторной системы возбуждения (ТВ) синхронной машины (СИ).

Третья глава посвящена разработке СУиР 33'/ парусно-моторного судна при работе ГВД в режиме гидрогенератора. ГВД в данном случае является источником электроэнергии переменной частоты, в связи с чем возникает необходимость стабилизации номинальных значений напряжения и частоты на шинах судовой электростанции (СЭС). Наиболее приемлемым для испольэоваия в разработанных схемах ЭЭУ ларусно-моторных судов является способ стабилизации частоты и напряжен:« посредством ПП, установленного в силовой цепи, и СК, вырабатывающего реактивную мощность, необходимую для коммутации вентилей преобразователя.

При работе ГВД в режиме гидрогенератора выходная.частота преобразователя остается постоянной, а то время как входная изменяется з широком диапазоне. Проведенные исследования процессов коммутации данного режима работы показали, что при уменьшении частоты вращения ГВД введение в контур машинной коммутации ЗДС двигателя может привести к срыву процесса ком-иутиции. В связи с этим предложены СУ НПП, позволяющие без использования ДСВ на низких частотах вращения ГВД осуществлять машшшуи коммутацию только за счет напряжения питаемой сети, что уменьшает угол машинной коммутации н повышает коммутационную устойчивость работы преобразователя. При атом длительность управляющих импульсов в данных СУ увеличена на величину углов машинной и сетевой коммутации и составляет

соответственно (120 +fc ) и (120 + '¿Гм ) эл. град, входной и выходной частоты НЛП, а выходные импульсы СУ формируются согласно выражению (3).

С уменьшением частоты вращения ГВД для поддержания постоянства подводимого к НПП напряжения, необходимо увеличивать ток возбуждения. Как показали расчйты и эксперименгальныв исследования уменьшение частоты врздзния СЦ типа ЕСС5-62 -4У2 до'0,5 от номинальной величины требует шестикратной форсиров-

г

ки тока возбуждения. Это обстоятельство приводит к снижению КПД ГВД и требует завышения мощности системы возбуждения (СВ). В связи с этим разработаны способы, позволяющие уменьшить форсировочную способность СВ ГВД. Одним из них является переход на работу с пониженным номинальным напряжением. Так при работе ГВД в двигательном режиме к нему подводится полное номинальное напряжение, а судовые злегаропотребитеди получают питание через понижающие трансформатора В гидрогенераторном режиме работы' ГВД на шинах СЭС поддерживается пониженное номинальное напряжение, а электропотребители получают питание, минуя трансформаторы.

Другим способом уменьшения форсировочкой способности СВ ГВД является применение двух-трезвенных обмоток, расположенных на статоре СМ (основной и дополнительной), переключаемыми в зависимости от режима, работы двигателя.

Предложена методика расчёта характеристик СК при работе ГВД в режиме гидрогенератора. Проведенные с помощью данной методики исследования показали, что наиболее целесообразным способом регулирования НПП в данном случае является поддержание постоянным номинального утла запаса. Так на долевых

I

нагрузках реактивная мощность, вырабатываемая СК, уменьшает-II

ся по сравнению с друтиш способам! регулирования преобразователя на 4-5%. При этой реактивная мощность, поступаемая к НПП от СК ( Онлл ), мо же г быть рассчитана по следующему выражению:

Q ипп - 5 ОТ Vi-СI • coi «7¿ tos (Я + ЩJ1' (9)

где: I - ток преобразователя, V - напряжение на шинах

электропотребнтелей. Получен закон управления углом опережения включения вентилей НПП,, синхронизированного с выходной сетью с помощью ДПР СК, позволяющий реализовать закон управления S-con.it :

+ ^о/АГ (Г)

где:pt>ccifit,£>ovM" —постоянная и переменная, отслеживаемая в функции тока нагрузки НПП, составляющие угла опережения.

При этом если изменять утолр*>*Аг пропорционально току, то при нагрузках свыше 0,6 от номинальной , угол запаса будет лишь незначительно, в пределах нескольких эл. град, отличаться от номинальной величины.

С учётом проведенных исследований разработана функциональная схема СУиР ЕЭЭУ паруско-моторного судна при работе ГВД в режиме гидрогенератора, поддерживающая номинальным значения напряжения и частоты на шинах электропотребителеЛ. (рис. 4). На схеме: ДН, ДМ, РН, РМ - соответствено датчики и регуляторы момента и мощности, остальные обозначения аналогичны, что и на рис. 3.

В общем виде разработанная СУиР ЕЭЭУ состоит из системы воэбувдения СК, поддерживающей постоянным номинальное значение напряжения на шинах судовых электропотребителей (11ПЭП), системы возбуждения ГВД, поддерживающей постоянство подводи-

1»

Рис.4. Функциональная схема СУиР ЭЭУ при работе ГВД в рекгале гидрогенератора.

I»

-ЛЛАММАМ

1ги

Ш;.

■■■

»««ММЛП

Рис.6. Запуск гребного вентильного дгигателя.

"■пл. 1»,1г»*,иг»д.-г -частота, ток Еозоуждения, ток статора и напряжение ГБД, !«-- ток нагрузочного генератора. .

250ммуЬ

мммлмл*

ДА

, и

Рис.7. Пуск АД при работе ГВД в режиме гидрогенератора. 1>п - ток электропотреЗителеЗ, (/«м - напряжение на шинах электропотребителей.

при ходе судна под парусами в режиме гидротурбины для нужд судовых электропотребителе Л.

2. Произведен выбор наиболее перспективной Э9У парус-но-моторных судов нового поколения, которой является ЕЭЭУ пе-' ременного тока, построенная на базе системы электродвижения с ГВД синхронного типа и ПП с естественной коммутацией. Разработаны структурные схемы ЕЭЭУ парусно-моторных судов перспективной постройки, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, позволяющие использовать для питания электропотребителей экологически чистую энергию ветра и обладающие широкими функциональными возможностями, повышенной надёжностью, высокими техника-экономическими и хорошимим массо-габаритныш1 показателями.

3. Исследования процессов коммутации тока ГВД при работе в двигательном и гидрогенерагорном режиме позволили выявить наилучшие с точки зрения коммутационной устойчивости способы машинной коммутации вентилей КПП. Разработаны системы управления преобразователем, позволяющие без использования ДСВ реализовать данные способы коммутации , что повышает коммутационную устойчивость и коэффициент использования ГВД и СК.(

4. Определены целесообразные способы регулировании ГВД. На низких частотах вращения получить максимальный вращающий момент, необходимый для запуска и реверса двигателя можно при регулировании ШШ по закону^^и номинальном токе возбуждения

СМ На бысоких частотах вращения наиболее рациональным режи-

/

ыом работы двигателя, позволяющим повысить его КПД на частичных уровнях нагрузки, является режим поддержания постоянства проекции основного потокосцепления ОН на направление, ортогональное вектору тока, формируемый на границе коммутационной 26

устойчивости. Получены законы управления углом опережения включения тиристоров НЛП и тога возбуждения ГЕД, синхронизированного с помощью ДПР, позволяйте реализовать д?ште режимы работы двигателя.

5. Проведены исследования системы возбуждения ГВД, работающего в режиме гидрогенератора в диапазонах рабочих частот вращения, показывающие необходимость многократной форсировки тока возбуждения для поддержания постоянства напряжения. Разработаны способы, уменьшающие форгировочную способность системы возбуждения ГВД.

6. Определён рациональный способ управления НПП при работе ГЕД в режиме гидрогенератора, заключающийся в поддержании постоянства номинального угла запаса. Разработан закон регулирования утла опережения включения тиристоров, реализующий данный способ управления преобразователем, синхронизиованным с выходкой сетью с помощью ДОР синхронного компенсатора.

7. Предложены методики расчета основных характеристик ГВД, работающего в двигательном режиме и СК при работе ГЕД в режиме гидрогэнератора, позволяющие определить законы регулирования угла опережения НПП и тока' возбущения СМ с целью реализации рациональных режимов работы.

8. Разработана СУи? ГВД, реализующая основные режимы ра-ботн гребного двигателя парусно-моторного судна и обеспечивающая при этом его высокую эффективность работы.

9. Разработана СУиР ЗЭУ парусно-моторного судка при работе ГВД в режиме гидрогенератора, поддерживающая номинальными величины напряжения и частоты на птах судовых электропотребителей. Проведенные экспериментальные исследования на созданной физической модели ЭЭУ судна с ГВД показали, что

37

разработанные СУиР реализуют возложенные на ник требования.

10. Предложен способ запуска ГД парусно-моторных судов посредством гребного винта, работающего в режиме гидротурбины, защищенный авторским свидетельством на изобретение. Дробные пуски ГД данным способом проведены на парусно-моторном судне "Мир".

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Фиясь И. П., Иванов А. В. и др. Научно-исследовательский стенд электроэнергетических- установок с полупроводниковыми преобразователями судов перспективной постройки.// Совершенствование судовых энергетичесикх установок и систем Сб. науч. тр. ЛВИМУ. -М.: В/о "Миртехинформреклаыа", 1991. -с. 52-66.

2. Фиясь И. П., Иванов А. Е , Непомнящий В. Б. Исследование работы гребного винта в режиме гидротурбины.//Динамика судовых энергетических установок и их систем. Сб. науч. тр. ЛВИМУ -М.: В/о "Мортеу.икформреклама", 1991. -с. 79-92.

3. Фиясь Я Л., ИЕанов А. В. и др. Электроэнергетические установки парусно-моторных судов.// Еетродвклиние и ветроэнергетика транспортных судов: Сб. науч. тр. ЦШШШ>.-М. Транспорт, 1991. -с. 129-132.

4. Фиясь И. П., Иванов А. В. Нетрадиционные способы запуска тепловых двигателей кораблей и судов. //"Проблемы обеспечения живучести кораблей и судов. "Тез. док. науч. тех. конф.-С. П.: Судостроение, 1992,-с.73-75.

Б. Фиясь И. П., Иванов А. Е , Евграфов В. Е Структурные ■ схемы электроэнергетических установок кораблей и судов повышенной надежности и живучести. // "Проблемы обеспечения живу-II

чести кораблей и судов. " Tea. док. науч. тех. ко Hi. - С. И: Судостроение, 5 992, -с. 75-77.

6. Обоснование,разработка и исследование комбинированных электроэнергетических установок и пропульсивньгх комплексов судов перспективной постройки. Отчет о BIP (Заключительный) / ЛВИМУ. - N Гр 01860087056 ,Инв. N 02890021423 - Л, 1988. -300 с.

7. Обоснование и разработка обвдх технических требований к промышленности на создание новых образцов и предложений проекганагам по ЭЭУ судов перспективной постройки. Отчёт о НИР (Заключительный) /ЛЕШ. - N Гр 01890034426 - П., 1990.213 с.

8. Фиясь И. П., Иванов А. В. , Евграфов В. Б. Электроэнергетическая силовая установка судна. A.C. N 1687503. опуб.в БИ N40, 1991.

9. Фиясь И. П., 'Иванов А. Б., Евграфов В. В. Электроэнергетическая силовая установка судна. А. С. СССР N 1687510, опуб. в БИ N40, 1991.

10. Фиясь ¡1 П., Иванов А. В. Способ запуска двигателя внутреннего сгорания. A.C. N 1330428, опуб. в HIN 28, 1993.

11. Фиясь И. П. , Иванов A.B. Заявка на изобретение. Электроэнергетическая силовая установка судна. Положительное решение ВННИГЛЭ от 26. 08. 93 по заявке N 5051574/11.

12. Фиясь II.П.,Иванов A.B. Заявка на изобретение. Электроэнергетическая силовая установка судна. Положительное решение ВНИИГПЭ от 26.08.93 по заявке N5051575//11.