RU119322U1 - SHIP VALOGENERATORY INSTALLATION - Google Patents

Abstract

1. Судовая валогенераторная установка, содержащая двигатель приводного вала, механически связанный с валогенератором, который через электрическую цепь, содержащую преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем, отличающаяся тем, что двигатель приводного вала соединен с валогенератором через редуктор, на выходе к валогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты, в упомянутой электрической цепи между валогенератором и преобразователем частоты последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинам судовых электропотребителей, преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер, к каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров, между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров, к выходу валогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя, датчик выходного напряжения, установленный в элек� 1. Marine shaft generator set containing a drive shaft motor, mechanically connected to the shaft generator, which is connected through an electrical circuit containing a frequency converter, current and voltage sensors to the buses of ship electrical consumers, to which an auxiliary generator is also connected, mechanically connected to an auxiliary engine, characterized in that that the drive shaft motor is connected to the shaft generator through a gearbox, at the output to the shaft generator and the input of which there are disconnecting couplings, in the mentioned electrical circuit between the shaft generator and the frequency converter, the first current sensor and the input choke are connected in series, behind the frequency converter is the output choke, LC filter , the second current sensor and the first circuit breaker connected to the buses of the ship's electrical consumers, the frequency converter has in its composition oppositely connected electrically reversible first and second rectifiers with vector control, each one of which has its own controller, to each rectifier on the DC side is connected, respectively, the first and second current sensor of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers, between the said current sensors of the frequency converter is connected a capacitor storage of the DC link with a voltage sensor, the output of which is connected to the second inputs of the controllers, an input voltage sensor is connected to the output of the shaft generator, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier, an output voltage sensor installed in the electric

Description

Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты.The utility model relates to shipbuilding, in particular to ship power plants with shaft generators and semiconductor frequency converters.

В качестве преобразователей в валогенераторных установках используются различные схемы с неуправляемыми выпрямителями, обладающие высокими энергетическими показателями, надежностью и невысокой стоимостью.Various converters with uncontrolled rectifiers that have high energy performance, reliability and low cost are used as converters in shaft-generating plants.

Так известна судовая валогенераторная установка (Анисимов Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках Л.: Судостроение, 1973, стр.85-88), содержащая главный двигатель, соединенный с водопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовых электропотребителей через полупроводниковый преобразователь частоты. С шинами также подключен генераторный агрегат, содержащий синхронный генератор, приводимый во вращение через муфту вспомогательным двигателем или асинхронным двигателем, подключаемым к шинам судовых потребителей для работы синхронного генератора в качестве компенсатора реактивной мощности в судовой сети. К шинам могут быть подключены несколько таких агрегатов. Валогенератор и синхронный генератор снабжены системами самовозбуждения, а преобразователь - системой управления.So the ship’s shaft generator set is known (Y. Anisimov. Features of the use of semiconductor converters in ship electrical installations L .: Sudostroenie, 1973, pp. 85-88), containing the main engine connected to the water supply with a propeller and driving the shaft generator connected to tires of marine electrical consumers through a semiconductor frequency converter. A generator unit containing a synchronous generator driven by the auxiliary motor or asynchronous motor connected to the tires of ship consumers to operate the synchronous generator as a reactive power compensator in the ship network is also connected to the tires. Several of these units can be connected to the tires. The shaft generator and the synchronous generator are equipped with self-excitation systems, and the converter is equipped with a control system.

Эта установка имеет следующие недостатки:This installation has the following disadvantages:

- отсутствие возможности работы валогенераторной установки в двигательном режиме;- the inability to operate the shaft generator in motor mode;

- низкая надежность и качество электроэнергии, вырабатываемой валогенераторной установкой для питания судовых потребителей;- low reliability and quality of electricity generated by the shaft generator for supplying ship consumers;

- применением в качестве валогенератора коллекторной электрической машины с электромагнитным возбуждением;- the use of a collector electric machine with electromagnetic excitation as a shaft generator;

- электромеханической компенсации реактивной мощности с переводом генераторного агрегата судовой электростанции в режим компенсатора;- electromechanical compensation of reactive power with the transfer of the generator unit of the ship power station to the compensator mode;

- невозможность симметрирования напряжения на шинах судовых электропотребителей, большая масса и габариты установки.- the impossibility of balancing the voltage on the tires of marine electrical consumers, the large mass and dimensions of the installation.

Известны валогенераторные установки, содержащие обратимые преобразователи, способные рекуперировать (возвращать) энергию в сеть при торможении электропривода.Known shaft-generating installations containing reversible converters capable of recovering (returning) energy to the network during braking of an electric drive.

В качестве прототипа выбрана «Судовая электроэнергетическая установка» [Патент РФ №2146635 20.03.2000. Эта установка, как и описанный выше аналог, содержит главный двигатель, который соединен с гребным винтом. С главным двигателем также кинематически связан валогенератор со статорной обмоткой. Валогенератор снабжен системой возбуждения, состоящий из последовательно соединенных трехфазного неуправляемого выпрямителя, широтно-импульсного преобразователя с системой управления, и ее блока регулирования, включающего датчик напряжения, соединенного с регулятором напряжения, при этом входы системы возбуждения и блока регулирования электрически связаны со статорной обмоткой, выход же системы возбуждения соединен со вторым входом блока коммутации валогенератора, а блока регулирования - с системой управления широтно-импульсного преобразователя. Источник постоянного тока валогенератора подключен к первому входу блока коммутации, а первый и второй управляющие входы блока коммутации соединены с выходом датчика тока обмотки возбуждения валогенератора и двухпозиционным переключателем. Выход же блока коммутации связан с датчиком тока. Статорная обмотка валогенератора электрически соединена через полупроводниковый преобразователь частоты, снабженный системой управления, с шинами судовых электропотребителей.“Ship electrical power installation” was selected as a prototype [RF Patent No. 2146635 03/20/2000. This installation, like the analogue described above, contains the main engine, which is connected to the propeller. A shaft generator with a stator winding is also kinematically connected to the main engine. The shaft generator is equipped with an excitation system, consisting of a series-connected three-phase uncontrolled rectifier, a pulse-width converter with a control system, and its control unit, including a voltage sensor connected to a voltage regulator, while the inputs of the excitation system and the control unit are electrically connected to the stator winding, output the excitation system is connected to the second input of the switching unit of the shaft generator, and the control unit is connected to the pulse-width pulse control system transducer. The direct current source of the shaft generator is connected to the first input of the switching unit, and the first and second control inputs of the switching unit are connected to the output of the current sensor of the excitation winding of the shaft generator and a two-position switch. The output of the switching unit is connected to a current sensor. The stator winding of the shaft generator is electrically connected through a semiconductor frequency converter, equipped with a control system, to the tires of marine electrical consumers.

К шинам судовых электропотребителей также подсоединен вспомогательный генератор, механически сочлененный через разобщительную муфту со вспомогательным двигателем (на чертеже в описании прототипа и в предлагаемом устройстве показан один вспомогательный генератор со вспомогательным двигателем, однако не исключается вариант с несколькими аналогичными генераторами, подключенными к шинам судовых электропотребителей через свои выключатели). Генератор снабжен системой самовозбуждения, вход и выход которой подключены, соответственно, к выходу генератора и ко второму входу блока коммутации вспомогательного генератора. Источник постоянного тока генератора подключен к первому входу блока коммутации, а первый и второй управляющие входы блока коммутации соединены соответственно с датчиком тока обмотки возбуждения генератора и двухпозиционным переключателем. Датчики частоты и фазы валогенератора и генератора подключены к двухпозиционному переключателю, а его выход соединен с системой управления полупроводникового преобразователя частоты.An auxiliary generator is also connected to the tires of marine electrical consumers, mechanically coupled through an isolation clutch with an auxiliary engine (in the drawing, in the description of the prototype and in the proposed device, one auxiliary alternator with an auxiliary engine is shown, however, the variant with several similar generators connected to the tires of marine electrical consumers is not excluded own switches). The generator is equipped with a self-excitation system, the input and output of which are connected, respectively, to the output of the generator and to the second input of the switching unit of the auxiliary generator. The DC source of the generator is connected to the first input of the switching unit, and the first and second control inputs of the switching unit are connected respectively to the current sensor of the excitation winding of the generator and a two-position switch. The frequency and phase sensors of the shaft generator and generator are connected to the on-off switch, and its output is connected to the control system of the semiconductor frequency converter.

Недостатками данной установки являются:The disadvantages of this installation are:

- пониженная надежность, экономичность, повышенные габариты и масса, а так же ограниченные функциональные возможности за счет применения валогенератора с электромагнитной системой возбуждения;- reduced reliability, efficiency, increased dimensions and weight, as well as limited functionality due to the use of a shaft generator with an electromagnetic excitation system;

- компенсация реактивной мощности потребителей с помощью штатных генераторов судовой электростанции, переводимых в режим электромашинных компенсаторов;- Compensation of reactive power of consumers using the standard generators of a ship power station, transferred to the mode of electric machine compensators;

- отсутствия компенсации реактивной мощности в отдельных фазах для устранения несимметрии векторов напряжений в трехфазной системе;- the lack of compensation of reactive power in individual phases to eliminate the asymmetry of the voltage vectors in a three-phase system;

- повышенного уровня гармонических составляющих на зажимах преобразователя частоты.- An increased level of harmonic components at the terminals of the frequency converter.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой надежной судовой валогенераторной установки с расширенными функциональными возможностями. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможностиThe problem solved by the utility model is the expansion of the arsenal of funds and the creation of a new reliable ship shaft generator with advanced functionality. Achievable technical result is to provide opportunities

- питания судовых потребителей от валогенератора в расширенном диапазоне частот его вращения за счет повышенных фильтрующих свойств управляемого выпрямителя;- supply of ship consumers from the shaft generator in an extended frequency range of its rotation due to the increased filtering properties of the controlled rectifier;

- одновременного использования преобразователя частоты данной установки в качестве статического компенсатора реактивной мощности во входной и выходной цепи, в том числе и для симметрирования по модулю и фазе напряжения в судовой трехфазной сети;- the simultaneous use of the frequency converter of this installation as a static reactive power compensator in the input and output circuits, including for balancing modulo and phase voltage in a ship's three-phase network;

- компенсации изменений напряжения и активная фильтрация гармонических составляющих на шинах судовых электропотребителей за счет обмена энергией с конденсаторным накопителем в звене постоянного тока и валогенератором через управляемые выпрямители.- compensation of voltage changes and active filtering of harmonic components on the tires of marine electrical consumers through the exchange of energy with a capacitor storage in the DC link and a shaft generator through controlled rectifiers.

Дополнительный результат - дополнительное повышение надежности и снижения массы и габаритов, достигается при использовании в качестве валогенератора электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов.An additional result is an additional increase in reliability and a decrease in mass and dimensions, achieved when using an electric machine with excitation from permanent magnets as a shaft generator.

Поставленная задача решается изменением функциональной схемы установки. Судовая валогенераторная установка содержит двигатель приводного вала, механически связанный с валогенератором, который через электрическую цепь, содержащую преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем. От прототипа отличается тем, что двигатель приводного вала соединен с валогенератором через редуктор, на выходе к валогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты. В упомянутой электрической цепи между валогенератором и преобразователем частоты последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинами судовых электропотребителей. Преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер. К каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров. Между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров. К выходу валогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя. Датчик выходного напряжения, установленный в электрической цепи перед первым автоматическим выключателем, подсоединен к третьему входу контроллера второго выпрямителя, к четвертому входу которого подсоединен выход второго датчика тока, а первый датчик тока подсоединен к четвертому входу контроллера первого выпрямителя. Установка снабжена, также, задатчиком режимов с внешним управлением, подсоединенным к пятым входам обоих контроллеров, при этом между вспомогательным генератором и шинами судовых электропотребителей установлен второй автоматический выключатель.The problem is solved by changing the functional diagram of the installation. The ship shaft generator installation comprises a drive shaft engine mechanically coupled to the shaft generator, which is connected through the electric circuit containing the frequency converter, current and voltage sensors to the tires of ship electric consumers, to which the auxiliary generator is also connected mechanically connected to the auxiliary engine. It differs from the prototype in that the drive shaft motor is connected to the shaft generator through a gearbox, at the output to the shaft generator and the input of which disconnect couplings are installed. In the aforementioned electric circuit, between the shaft generator and the frequency converter, a first current sensor and an input choke are connected in series, behind the frequency converter - an output choke, an LC filter, a second current sensor and a first circuit breaker connected to the tires of marine electrical consumers. The frequency converter incorporates counterclockwise connected electrically reversible first and second rectifiers with vector control, each of which has its own controller. To each rectifier on the DC side is connected, respectively, the first and second current sensors of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers. A capacitor bank of a DC link with a voltage sensor is connected between the current sensors of the frequency converter, the output of which is connected to the second inputs of the controllers. An input voltage sensor is connected to the output of the shaft generator, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier. An output voltage sensor installed in an electric circuit in front of the first circuit breaker is connected to the third input of the controller of the second rectifier, the fourth input of which is connected to the output of the second current sensor, and the first current sensor is connected to the fourth input of the controller of the first rectifier. The installation is also equipped with a mode dial with external control connected to the fifth inputs of both controllers, and a second circuit breaker is installed between the auxiliary generator and the ship's electrical consumers' tires.

Предпочтительно использование в качестве валогенератора электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов.It is preferable to use an electric machine excited by permanent magnets as a shaft generator.

Возможно применение нескольких вспомогательных двигателей, каждый из которых связан с дополнительным вспомогательным генератором.It is possible to use several auxiliary engines, each of which is connected with an additional auxiliary generator.

Более подробно решение раскрыто в приведенном ниже примере реализации, и иллюстрируется Фигурой, на которой представлена функциональная схема установки. Судовая валогенераторная установка включает в себя двигатель 1 приводного вала, который через разъединительную муфту 2, редуктор 3 соединяется с винтом 4 гребным и, через вторую разъединительную муфту 5 - подсоединен к валогенератору 6. Как отмечено выше, предпочтительным является использование в качестве валогенератора 6 электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов.The solution is described in more detail in the example implementation below, and is illustrated by the Figure, which shows the functional diagram of the installation. The ship shaft generator unit includes a drive shaft motor 1, which is connected through a disconnect clutch 2, the gearbox 3 to the propeller 4 and, through the second disconnect clutch 5, is connected to the shaft generator 6. As noted above, it is preferable to use an electric machine as a shaft generator 6 with excitation from permanent magnets.

Валогенератор 6, через первый датчик тока 7 (датчик тока валогенератора), входной дроссель 8 преобразователя частоты (далее - входной дроссель 8), а также через преобразователь частоты 9, выходной дроссель 10 преобразователя частоты (далее - выходной дроссель 10), LC-фильтр 11, второй датчик тока 12 (выходной датчик тока), первый автоматический выключатель 13, подсоединен к шинам 14 судовых электропотребителей.Shaft generator 6, through the first current sensor 7 (shaft generator current sensor), the input choke 8 of the frequency converter (hereinafter referred to as the input choke 8), and also through the frequency converter 9, the output choke 10 of the frequency converter (hereinafter the output choke 10), LC filter 11, the second current sensor 12 (output current sensor), the first circuit breaker 13, is connected to the tires 14 of the ship's electrical consumers.

Кроме того, шины 14 судовых электропотребителей, через второй автоматический выключатель 15, подключены к вспомогательному генератору 16 судовой электростанции, механически связанному со своим приводным двигателем 17 (вспомогательный двигатель). Датчик 18 входного напряжения (датчик напряжения валогенератора) подключен своим входом к выходу валогенератора 6, а датчик 19 выходного напряжения (датчик напряжения судовых электропотребителей) - к шинам 14 через первый автоматический выключатель 13.In addition, the tires 14 of the ship’s electrical consumers, through the second circuit breaker 15, are connected to the auxiliary generator 16 of the ship’s power station, mechanically connected to its drive motor 17 (auxiliary engine). The sensor 18 of the input voltage (voltage sensor of the shaft generator) is connected by its input to the output of the shaft generator 6, and the sensor 19 of the output voltage (voltage sensor of the marine electrical consumers) is connected to the tires 14 through the first circuit breaker 13.

В состав преобразователя частоты 9 входят два встречно включенных обратимых выпрямителя с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер с пятью входами для управляющих сигналов.The frequency converter 9 includes two counterclockwise reversible vector-controlled rectifiers, each of which has its own controller with five inputs for control signals.

Выход датчика 18 входного напряжения подключен к третьему входу контроллера 20 первого выпрямителя 21, а выход датчика 19 напряжения - к третьему входу контроллера 22 второго выпрямителя 23.The output of the input voltage sensor 18 is connected to the third input of the controller 20 of the first rectifier 21, and the output of the voltage sensor 19 is connected to the third input of the controller 22 of the second rectifier 23.

Выходы датчиков тока 7 и 12 подключены к четвертым входам контроллеров 20 и 22, соответственно. Выход контроллера 20 подключен к входу управления первого выпрямителя 21, а выход контроллера 22 - к входу управления второго выпрямителя 23. На выходе первого выпрямителя 21 и на входе второго выпрямителя 23 установлены датчики тока преобразователя частоты - первый и второй датчики 24 и 25 соответственно, между которыми имеется конденсаторный накопитель 26 звена постоянного тока с датчиком напряжения 27, подсоединенный ко вторым входам контроллеров 20, 22. Выходы датчиков тока 24 и 25 преобразователя частоты подсоединены к первым входам контроллеров 20 и 22, соответственно.The outputs of the current sensors 7 and 12 are connected to the fourth inputs of the controllers 20 and 22, respectively. The output of the controller 20 is connected to the control input of the first rectifier 21, and the output of the controller 22 is connected to the control input of the second rectifier 23. At the output of the first rectifier 21 and at the input of the second rectifier 23, current sensors of the frequency converter are installed - the first and second sensors 24 and 25, respectively, between which have a capacitor drive 26 DC link with a voltage sensor 27 connected to the second inputs of the controllers 20, 22. The outputs of the current sensors 24 and 25 of the frequency converter are connected to the first inputs of the controllers 2 0 and 22, respectively.

Задатчик 28 режимов, управляемый по интерфейсу извне, своими выходами подключен к управляющим пятым входам контроллеров 20 и 22.The mode dial 28, controlled via an interface from the outside, is connected with its outputs to the control fifth inputs of the controllers 20 and 22.

Судовая валогенераторная установка работает следующим образомShip shaft generator works as follows

По сигналу извне, поступающему на вход задатчика 28, валогенераторная установка может быть переведена в следующие основные режимы работы:According to a signal from the outside, coming to the input of the setter 28, the shaft-generating unit can be transferred to the following main operating modes:

- режим питания судовых потребителей;- diet for ship consumers;

- двигательный режим;- motor mode;

- режим компенсации собственной реактивной мощности, генерируемой в шины 14 судовых электропотребителей;- compensation mode of own reactive power generated in the tires of 14 ship electrical consumers;

- режим компенсации реактивной мощности, генерируемой в шины 14 питания судовыми потребителями;- compensation mode reactive power generated in the bus 14 power by ship consumers;

- режим симметрирования по модулю и фазе напряжения на шинах 14 питания судовых потребителей.- mode of balancing modulo and phase voltage on the bus 14 power supply ship consumers.

В режиме питания судовых потребителей задатчик режимов 28 выдает сигналы задания в контроллеры 20 и 22, которые переводят первый выпрямитель 21 в режим управляемого выпрямления напряжения, поступающего от валогенератора 6 и его стабилизации на конденсаторном накопителе 26, а второй выпрямитель 23 - в режим инвертора, ведомого сетью (напряжением на шинах судовых потребителей). При этом разъединительные муфты 2 и 5 обеспечивают механическое соединение своих валов, первый и второй автоматические выключатели 13 и 15 - замкнутыIn the power supply mode for ship consumers, the mode switch 28 provides reference signals to the controllers 20 and 22, which transfer the first rectifier 21 to the controlled rectification mode of the voltage coming from the shaft generator 6 and stabilize it on the capacitor drive 26, and the second rectifier 23 to the inverter driven mode network (voltage on the tires of ship consumers). In this case, the disconnecting clutches 2 and 5 provide a mechanical connection of their shafts, the first and second circuit breakers 13 and 15 are closed

Электроэнергия, генерируемая валогенератором 6 передается на шины 14 судовых электропотребителей следующим образом.The electric power generated by the shaft generator 6 is transmitted to the tires 14 of the ship's electrical consumers as follows.

Первый выпрямитель 21 в режиме управляемого выпрямления получает питание от валогенератора 6, обеспечивает предварительный заряд конденсаторного накопителя 26 и формирует ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону, и, с его помощью, воспроизводит на зажимах входного дросселя 8 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающейся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений валогенератора 6.The first rectifier 21 in the controlled rectification mode receives power from the shaft generator 6, provides a preliminary charge to the capacitor bank 26 and generates a PWM voltage modulated according to a sinusoidal law, and, with its help, reproduces at the terminals of the input inductor 8 a three-phase system of sinusoidal voltage vectors with a given module and the angle of shift for each phase, rotating synchronously with a three-phase system of voltage vectors of the shaft generator 6.

В выходной цепи выпрямителя 21, подключенной через датчик тока 24 к конденсаторному накопителю 26, нарастает ток под управлением контроллера 20. Датчик напряжения 27 передает сигнал обратной связи по напряжению в конденсаторном накопителе 26 для регулирования (стабилизации) контроллером 20 на заданном уровне.In the output circuit of the rectifier 21, connected through a current sensor 24 to the capacitor bank 26, current increases under the control of the controller 20. The voltage sensor 27 transmits a voltage feedback signal in the capacitor bank 26 for regulation (stabilization) by the controller 20 at a predetermined level.

Одновременно во входной цепи первого выпрямителя 21 нарастают фазные токи, амплитуды и фазы которых определяются векторной суммой напряжений на выходе валогенератора 6 и напряжений, воспроизводимых на своем входе выпрямителем 21.At the same time, phase currents increase in the input circuit of the first rectifier 21, the amplitudes and phases of which are determined by the vector sum of the voltages at the output of the shaft generator 6 and the voltages reproduced at its input by the rectifier 21.

Значения этих токов, измеряемые первым датчиком тока 7 в каждой фазе, и линейных напряжений на выходе валогенератора 6, измеряемые датчиком 18 входного напряжения, представляются в контроллер 20.The values of these currents, measured by the first current sensor 7 in each phase, and the line voltages at the output of the shaft generator 6, measured by the input voltage sensor 18, are presented to the controller 20.

В контроллере 20 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на входе первого выпрямителя 21, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений валогенератора 6, между напряжением валогенератора 6 и током, потребляемым первым выпрямителем 21, был заданный угол сдвига.In the controller 20, the modules and phase angles of the voltage vectors are calculated, which must be reproduced at the input of the first rectifier 21, so that, as a result of adding these vectors to the voltage vectors of the shaft generator 6, a predetermined shift angle is between the voltage of the shaft generator 6 and the current consumed by the first rectifier 21.

Для компенсации реактивной мощности в выходной цепи валогенератора 6 этот угол должен быть близким к нулю.To compensate for reactive power in the output circuit of the shaft generator 6, this angle should be close to zero.

Постоянное напряжение конденсаторного накопителя 26 преобразуется, под управлением контроллера 22, в ШИМ-напряжение вторым выпрямителем 23, работающем в режиме инвертора, ведомого напряжением на шинах 14 судовых электропотребителей, фильтруется выходным дросселем 10 и LC-фильтром 11 до требуемых характеристик с обеспечением условий параллельной работы в единой энергосистеме с вспомогательным генератором 16. При этом между напряжением на шинах 14 судовых электропотребителей и током второго выпрямителя 23, управляемого контроллером 22, устанавливается заданный угол сдвига.The constant voltage of the capacitor drive 26 is converted, under the control of the controller 22, into the PWM voltage of the second rectifier 23, operating in the inverter mode, driven by the voltage on the tires 14 of the ship's electrical consumers, filtered by the output choke 10 and the LC filter 11 to the required characteristics, ensuring parallel operation conditions in a single power system with an auxiliary generator 16. In this case, between the voltage on the tires 14 of the ship's electrical consumers and the current of the second rectifier 23, controlled by the controller 22, set INDICATES predetermined shift angle.

Для компенсации реактивной мощности в цепи второго выпрямителя 23, являющейся выходной цепью преобразователя частоты 9, питающего шины 14 судовых электропотребителей этот угол должен быть близким к нулю.To compensate for the reactive power in the circuit of the second rectifier 23, which is the output circuit of the frequency converter 9, supplying the bus 14 of the ship's electrical consumers, this angle should be close to zero.

Для компенсации реактивной мощности, генерируемой судовыми потребителями, ток, питающий шины 14 судовых электропотребителей, должен устанавливаться с опережением по фазе напряжения на этих шинах.To compensate for the reactive power generated by ship consumers, the current supplying the tires of 14 ship electrical consumers should be set ahead of the phase voltage on these tires.

В случае обеспечения электроэнергией шин 14 судовых электропотребителей только от валогенератора 6 при отключении второго выключателя 15, второй выпрямитель 23 переходит в инверторный режим с преобразованием постоянного напряжения конденсаторного накопителя 26 в переменное напряжение под контролем датчиков 12 и 19 и контроллера 22. При этом обеспечивается обмен энергии между фазами шин 14 судовых электропотребителей и конденсаторным накопителем 26 при участии датчиков 19, 12, контроллера 22 и управляемого выпрямителя 23 в процессе управления формой кривой выходного напряжения для устранения ее несинусоидальности при воздействии со стороны нагрузок, т.е. активная фильтрация.In the case of providing electric power to tires 14 of ship's electrical consumers only from the shaft generator 6 when the second switch 15 is turned off, the second rectifier 23 goes into inverter mode with the conversion of the direct voltage of the capacitor drive 26 to alternating voltage under the control of sensors 12 and 19 and the controller 22. In this case, energy is exchanged between the phases of the tires 14 of the ship's electrical consumers and the capacitor drive 26 with the participation of sensors 19, 12, the controller 22 and the controlled rectifier 23 in the process of controlling the th output voltage waveform to eliminate its nonsinusoidality when exposed to loads from the side, i.e. active filtering.

В двигательном режиме первый и второй выпрямители 21 и 23 по сигналу задатчика 28 меняются ролями, разъединительная муфта 2 разъединяет вал двигателя 1 приводного вала от редуктора 3, а вспомогательный генератор 16 через замкнутый автоматический выключатель 15, обеспечивает питание шин 14 судовых электропотребителей.In the motor mode, the first and second rectifiers 21 and 23 change roles by the signal of the setter 28, the disconnecting clutch 2 disconnects the shaft of the motor 1 of the drive shaft from the gearbox 3, and the auxiliary generator 16 through a closed circuit breaker 15, provides power to the tires 14 of ship electrical consumers.

Выключатель 13 - тоже замкнут и второй выпрямитель 23 передает энергию, вырабатываемую вспомогательным генератором 16, в конденсаторный накопитель 26 звена постоянного тока с компенсацией реактивной мощности на шинах 14 (по описанному выше алгоритму). Первый выпрямитель 21 получает энергию из конденсаторного накопителя 26 и обеспечивает питанием валогенератор 6 с амплитудо-частотным регулированием, который, в свою очередь, через замкнутую разъединительную муфту 5 и редуктор 3, приводит в регулируемое по частоте вращение винт 4 гребной.The switch 13 is also closed and the second rectifier 23 transfers the energy generated by the auxiliary generator 16 to the capacitor storage 26 of the DC link with reactive power compensation on the buses 14 (according to the algorithm described above). The first rectifier 21 receives energy from the capacitor bank 26 and provides power to the oscillator 6 with amplitude-frequency control, which, in turn, through a closed disconnect clutch 5 and gearbox 3, drives the propeller 4 in a frequency-controlled rotation.

Для работы в режиме статического компенсатора реактивной мощности, генерируемой судовыми электропотребителями, муфта 5 разъединяет вал валогенератора 6 от редуктора 3, первый и второй выключатели 13 и 15 включены, а вспомогательный генератор 16 обеспечивает питание шин 14 и преобразователя частоты 9 валогенераторной установки. При этом работа выпрямителя 21 блокируется контроллером 20 по сигналу задатчика режимов 28 и напряжение на зажимах валогенератора 6 отсутствует.To operate in the mode of a static reactive power compensator generated by marine electrical consumers, the coupling 5 disconnects the shaft of the shaft generator 6 from the gearbox 3, the first and second switches 13 and 15 are turned on, and the auxiliary generator 16 provides power to the tires 14 and the frequency converter 9 of the shaft generator. In this case, the operation of the rectifier 21 is blocked by the controller 20 at the signal of the mode setter 28 and there is no voltage at the terminals of the shaft generator 6.

Второй управляемый выпрямитель 23, совместно с конденсаторным накопителем 26 звена постоянного тока и выходным дросселем 10 функционируют по алгоритму, описанному выше, но без стабилизации напряжения в конденсаторном накопителе 26, обеспечивая генерирование реактивной мощности емкостного характера величиной, заданной сигналом задатчика 28.The second controlled rectifier 23, together with the capacitor drive 26 of the DC link and the output choke 10, operate according to the algorithm described above, but without voltage stabilization in the capacitor drive 26, ensuring the generation of capacitive reactive power by the value specified by the signal of the master 28.

Режим компенсации несимметрии векторов трехфазной системы напряжений осуществляется по сигналам датчика выходного напряжения 19 на шинах 14 судовых электропотребителей и формирования вторым управляемым выпрямителем 23 компенсирующего воздействия, под управлением контроллера 22. Режим компенсации несимметрии на шинах 14 судовых электропотребителей может осуществляться, по сигналу задатчика 28, при работе валогенераторной установки в генераторном, двигательном режимах и в режиме статического компенсатора.The mode of compensation for the asymmetry of the vectors of the three-phase voltage system is carried out according to the signals of the output voltage sensor 19 on the tires 14 of the ship’s electrical consumers and the formation of the second controlled rectifier 23 of the compensating effect, under the control of the controller 22. The mode of the asymmetry compensation on the tires 14 of the ship’s electric consumers can the operation of the shaft generator in the generator, motor modes and in the mode of a static compensator.

Как описано выше (для первого выпрямителя 21), выпрямитель 23 с помощью ШИМ воспроизводит на зажимах выходного дросселя 10 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающуюся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на шинах 14 судовых электропотребителей. При этом векторы трехфазной системы напряжений выравниваются по модулю с обеспечением взаимного фазового сдвига в 120 электрических градусов.As described above (for the first rectifier 21), the PWM rectifier 23 reproduces at the terminals of the output inductor 10 a three-phase system of sinusoidal voltage vectors with a given module and a shift angle for each phase, which rotates synchronously with a three-phase system of voltage vectors on the tires 14 of marine electrical consumers. In this case, the vectors of the three-phase voltage system are aligned modulo providing a mutual phase shift of 120 electrical degrees.

На схеме представлен один вспомогательный двигатель и один вспомогательный генератор со своим автоматическим выключателем. Все вышесказанное справедливо при использовании нескольких подобных цепей, включенных параллельно.The diagram shows one auxiliary motor and one auxiliary generator with its circuit breaker. All of the above is true when using several similar circuits connected in parallel.

Таким образом, использование в полезной модели обратимого преобразователя с двумя, включенными встречно, управляемыми выпрямителями с обратными связями по току и напряжению в системе управления, и использование коммутационных элементов позволяет работать установке как в обычном режиме для питания общесудовой сети, так и в обратимом двигательном режиме с использованием валогенератора при отказе основного. Кроме того, схема позволяет осуществлять стабилизацию напряжения в звене постоянного тока и повышать качество энергии за счет компенсации статическим преобразователем реактивной мощности и симметрирования по модулю и фазе напряжения в судовой трехфазной сети, что повышает надежность установки, а использование генератор с возбуждением от постоянных магнитов - снизить массогабаритные показатели и дополнительно повысить надежность.Thus, the use in a utility model of a reversible converter with two on-board connected, controlled rectifiers with current and voltage feedbacks in the control system, and the use of switching elements allows the installation to work both in normal mode for supplying a general ship network and in reversible motor mode using a shaft generator in case of failure of the main one. In addition, the circuit allows voltage stabilization in the DC link and improves the quality of energy by compensating with a static converter for reactive power and balancing the voltage module and phase in the ship's three-phase network, which increases the reliability of the installation, and the use of a generator with excitation from permanent magnets reduces weight and size indicators and further improve reliability.

Claims (3)

1. Судовая валогенераторная установка, содержащая двигатель приводного вала, механически связанный с валогенератором, который через электрическую цепь, содержащую преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем, отличающаяся тем, что двигатель приводного вала соединен с валогенератором через редуктор, на выходе к валогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты, в упомянутой электрической цепи между валогенератором и преобразователем частоты последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинам судовых электропотребителей, преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер, к каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров, между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров, к выходу валогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя, датчик выходного напряжения, установленный в электрической цепи перед первым автоматическим выключателем, подсоединен к третьему входу контроллера второго выпрямителя, к четвертому входу которого подсоединен выход второго датчика тока, а первый датчик тока подсоединен к четвертому входу контроллера первого выпрямителя, установка снабжена также задатчиком режимов с внешним управлением, подсоединенным к пятым входам обоих контроллеров, при этом между вспомогательным генератором и шинами судовых электропотребителей установлен второй автоматический выключатель.1. A ship shaft generator installation comprising a drive shaft motor mechanically coupled to a shaft generator, which is connected through the electric circuit containing a frequency converter, current and voltage sensors to the tires of ship electrical consumers, to which an auxiliary generator is also connected, mechanically connected to the auxiliary engine, characterized in that the drive shaft motor is connected to the shaft generator through a gearbox, at the output to the shaft generator and the input of which disconnecting couplings are installed s, in the aforementioned electric circuit, between the shaft generator and the frequency converter, the first current sensor and the input choke are connected in series, behind the frequency converter - the output choke, LC filter, the second current sensor and the first circuit breaker connected to the buses of the ship's electrical consumers, the frequency converter has the composition includes the counterclockwise electrically reversible first and second rectifiers with vector control, each of which has its own controller, to each rectifier on the post side at a constant current current, respectively, the first and second current sensors of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers, between the mentioned current sensors of the frequency converter, a capacitor DC link with a voltage sensor, the output of which is connected to the second inputs of the controllers, is connected to the output of the shaft generator an input voltage sensor, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier, an output voltage sensor installed in an electric a circuit in front of the first circuit breaker, connected to the third input of the controller of the second rectifier, to the fourth input of which the output of the second current sensor is connected, and the first current sensor is connected to the fourth input of the controller of the first rectifier, the unit is also equipped with an external mode controller connected to the fifth inputs both controllers, while a second circuit breaker is installed between the auxiliary generator and the tires of the ship's electrical consumers. 2. Судовая валогенераторная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве валогенератора использована электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов.2. Ship shaft generator according to claim 1, characterized in that an electric machine with excitation from permanent magnets is used as a shaft generator. 3. Судовая валогенераторная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что имеет несколько вспомогательных двигателей, каждый из которых связан с дополнительным генератором.

3. The ship shaft generator set according to claim 1 or 2, characterized in that it has several auxiliary engines, each of which is associated with an additional generator.