RU2110435C1 - Shipboard electrical plant - Google Patents
Shipboard electrical plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110435C1 RU2110435C1 RU97106974/28A RU97106974A RU2110435C1 RU 2110435 C1 RU2110435 C1 RU 2110435C1 RU 97106974/28 A RU97106974/28 A RU 97106974/28A RU 97106974 A RU97106974 A RU 97106974A RU 2110435 C1 RU2110435 C1 RU 2110435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- generator
- diesel engine
- current
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с валогенераторами и преобразователями частоты, преимущественно с дизельными главными двигателями. The invention relates to shipbuilding, in particular to electric power plants of ships with shaft generators and frequency converters, mainly with diesel main engines.
Цель изобретения - повышение надежности и экономичности установки. The purpose of the invention is to increase the reliability and efficiency of the installation.
Известна электроэнергетическая установка судна [1], содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовой электростанции через преобразователь частоты, с шинами также соединен синхронный генератор, приводящийся во вращение через разъединительную муфту вспомогательным дизелем. Генераторы снабжены системами самовозбуждения, а преобразователь - системой управления. A ship’s electric power plant [1] is known, comprising a main diesel engine connected by a shaft to a propeller and driving a shaft generator, connected to the tires of a ship’s power station via a frequency converter, and a synchronous generator driven by an auxiliary diesel engine through the disconnect clutch is also connected to the tires. The generators are equipped with self-excitation systems, and the converter is equipped with a control system.
Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная значительными крутильными колебаниями при резонансных частотах вращения, связанными с неравномерностью вращающего момента главного дизеля и момента сопротивления гребного винта, а также большой длиной валопровода. The disadvantage of this installation is the reduced reliability due to significant torsional vibrations at resonant rotational speeds associated with the unevenness of the torque of the main diesel engine and the moment of resistance of the propeller, as well as the large length of the shaft shaft.
Известна электроэнергетическая установка судна [2], состоящая из главного дизеля, приводящего во вращение гребной винт, механического демпфера крутильных колебаний, связанного с главным дизелем, вспомогательных дизель-генераторов. Known electrical installation of the vessel [2], consisting of the main diesel engine, which drives the propeller into rotation, a mechanical torsional vibration damper associated with the main diesel engine, auxiliary diesel generators.
Недостатком данной установки является пониженная надежность, обусловленная пониженной степенью демпфирования колебаний из-за ограниченной вязкости жидкости, используемой для заполнения демпфера. The disadvantage of this installation is the reduced reliability due to the reduced degree of damping due to the limited viscosity of the fluid used to fill the damper.
Известна электроэнергетическая установка судна [3], выбранная авторами в качестве прототипа, состоящая из главного дизеля, соединенного валопроводом с гребным винтом, валогенератора с системой возбуждения, кинематически соединенного с главным дизелем и электрически связанного через преобразователь частоты с шинами судовой электростанции, системы управления преобразователя частоты, вспомогательного дизель-генератора с разъединительной муфтой и системой возбуждения, электрически соединенного с шинами судовой электростанции преобразователя тока с системой управления, выход которого соединен с аккумулятором электроэнергии, а вход - с шинами, последовательной цепи, включающей датчик колебаний, фазовращатель и усилитель, выход которой соединен с системой управления преобразователя. A ship’s electric power plant [3] is known, chosen by the authors as a prototype, consisting of a main diesel engine connected by a shaft with a propeller, a shaft generator with an excitation system, kinematically connected to the main diesel engine and electrically connected through the frequency converter with the tires of the ship’s power station, and the frequency converter control system of an auxiliary diesel generator with a disconnect clutch and an excitation system electrically connected to the tires of the ship’s conversion power plant a current generator with a control system, the output of which is connected to the electric power accumulator, and the input - with buses, of a serial circuit including an oscillation sensor, a phase shifter and an amplifier, the output of which is connected to the converter control system.
Недостатком данной установки является пониженная надежность и экономичность, обусловленная колебаниями напряжения на шинах судовой электростанции, причиной которых являются колебания токов преобразователей тока и частоты, а следствием - колебания токов электропотребителей судовой электростанции. Колебания напряжения и тока электропотребителей приводят к появлению дополнительных потерь в электроприводах и дополнительным отказам из-за механических вибраций. The disadvantage of this installation is the reduced reliability and efficiency due to voltage fluctuations on the tires of a ship’s power plant, which are caused by fluctuations in the currents of current converters and frequencies, and the result is fluctuations in the currents of electric consumers of a ship’s power plant. Fluctuations in voltage and current of electrical consumers lead to the appearance of additional losses in electric drives and additional failures due to mechanical vibrations.
Целью данного изобретения является повышение надежности и экономичности установки за счет стабилизации параметров на шинах судовой электростанции. The aim of this invention is to increase the reliability and efficiency of the installation by stabilizing the parameters on the tires of a ship power station.
Цель достигается тем, что электроэнергетическая установка судна, содержащая главный дизель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор с системой возбуждения, кинематически соединенный с главным дизелем, преобразователь частоты валогенератора, управляемый выпрямитель которого электрически соединен с валогенератором, а ведомый инвертор - с шинами судовой электростанции, при этом управляемый выпрямитель и ведомый инвертор связаны цепью постоянного тока, схемы управления управляемым выпрямителем и ведомым инвертором, соединенные последовательно датчик упругих колебаний валопровода, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен к первому входу регулятора тока, вспомогательный дизель, кинематически соединенный через разъединительную муфту с входным валом вспомогательного синхронного генератора, снабженного системой возбуждения и электрически соединенного с шинами судовой электростанции, отличается тем, что она дополнительно снабжена маховиком с муфтой, соединенной с выходным валом вспомогательного синхронного генератора, и датчиком тока, включенным в цепь постоянного тока преобразователя частоты, при этом датчик тока соединен с вторым входом регулятора тока, выход которого связан со схемой управления управляемого выпрямителя или схемой управления ведомого инвертора. The goal is achieved by the fact that the ship’s electric power plant, containing the main diesel engine connected by a shaft with a propeller, a shaft generator with an excitation system, kinematically connected to the main diesel engine, a shaft generator frequency converter, a controlled rectifier of which is electrically connected to the shaft generator, and a slave inverter with the tires of the ship’s power station while the controlled rectifier and the slave inverter are connected by a direct current circuit, the control circuit of the controlled rectifier and the slave inverter, with a sequentially coupled shaft-shaft elastic vibration sensor, a phase shifter and an amplifier, the output of which is connected to the first input of the current regulator, an auxiliary diesel engine kinematically connected through a disconnect clutch to the input shaft of the auxiliary synchronous generator equipped with an excitation system and electrically connected to the tires of the ship’s power plant, characterized in that it is additionally equipped with a flywheel with a coupling connected to the output shaft of the auxiliary synchronous generator, and a current sensor, in for prison in the DC circuit of the frequency converter, wherein the current sensor is connected to a second input of the current regulator, whose output is connected to the control circuit controlled rectifier or inverter control circuit driven.
Предлагаемое устройство дополнительно включает маховик с муфтой, сочлененной с выходным валом вспомогательного синхронного генератора, датчик тока преобразователя частоты, соединенного с регулятором тока и связанного со схемой управления управляемого выпрямителя (или схемой управления ведомого инвертора). Из устройства прототипа исключен аккумулятор и преобразователь тока. По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение содержит новые существенные признаки, следовательно, оно соответствует критерию "новизна". The proposed device further includes a flywheel with a clutch coupled to the output shaft of the auxiliary synchronous generator, a current sensor of the frequency converter connected to the current regulator and connected to a controlled rectifier control circuit (or a slave inverter control circuit). The battery and the current converter are excluded from the prototype device. Compared with the prototype, the claimed technical solution contains new significant features, therefore, it meets the criterion of "novelty."
В известных технических решениях нами не обнаружено совокупности признаков, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих получить положительный эффект, который находит свое отражение в поставленной нами цели. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". In the known technical solutions, we did not find a combination of features exhibiting similar properties and allowing to obtain a positive effect, which is reflected in our goal. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется при наличии всей совокупности признаков (как новых, так и известных). Заявляемая нами совокупность признаков позволяет обеспечить поставленную цель, а именно: повысить надежность и экономичность установки. A positive effect from the use of the proposed technical solution is manifested in the presence of the entire set of features (both new and known). The claimed combination of features that we can ensure the goal, namely: to increase the reliability and efficiency of the installation.
На чертеже представлена схема устройства. The drawing shows a diagram of the device.
Электроэнергетическая установка судна содержит главный дизель 1, который соединен валопроводом 2 с гребным винтом 3. С главным дизелем 1 также кинематически связан валогенератор 4, снабженный системой 5 возбуждения, вход которой подключен к выходу валогенератора 4, а выход - к его обмотке возбуждения. Валогенератор 4 соединен через управляемый выпрямитель 6, цепь постоянного тока с датчиком тока 7, ведомый инвертор 8 с шинами судовой электростанции 9. Управляющие входы управляемого выпрямителя 6 и ведомого инвертора 8 подключены через схемы управления 10 и 11 соответственно управляемого выпрямителя, ведомого инвертора, входы которых соединены с регулятором тока 12. Первый вход регулятора тока 12 подключен к выходу датчика тока 7, второй - к выходу последовательной цепи, состоящей из датчика колебаний 13, фазовращателя 14 и усилителя 15. Датчик 13 колебаний соединен с валопроводом 2 или дизелем 1. The ship’s power plant contains a main diesel 1, which is connected by a shaft 2 to a propeller 3. A shaft generator 4 is also kinematically connected to the main diesel 1, equipped with an excitation system 5, the input of which is connected to the output of the shaft generator 4, and the output to its field winding. The shaft generator 4 is connected through a controlled rectifier 6, a direct current circuit with a current sensor 7, a slave inverter 8 with the tires of a ship power station 9. The control inputs of the controlled rectifier 6 and the slave inverter 8 are connected via control circuits 10 and 11 of the respectively controlled rectifier, a slave inverter, the inputs of which connected to the current regulator 12. The first input of the current regulator 12 is connected to the output of the current sensor 7, the second to the output of a serial circuit consisting of an oscillation sensor 13, a phase shifter 14 and an amplifier 15. The sensor 13 to oscillations connected to the shaft 2 or diesel 1.
С шинами 9 также соединен синхронный генератор 16, механически соединенный через разъединительные муфты 17,18 соответственно с вспомогательным дизелем 19 и маховиком 20. Генератор 16 снабжен системой 21 возбуждения, вход и выход которой подключены соответственно к выходу и обмотке возбуждения генератора 16. Synchronous generator 16 is also connected to the tires 9, mechanically connected through disconnect clutches 17,18, respectively, with an auxiliary diesel engine 19 and flywheel 20. Generator 16 is equipped with an excitation system 21, the input and output of which are connected respectively to the output and excitation winding of the generator 16.
Установка работает следующим образом. Installation works as follows.
При стоянке главного дизеля 1 разъединительная муфта 17 замкнута, разъединительная муфта 18 разомкнута. Вспомогательный дизель 19 обеспечивает вращение синхронного генератора 16, снабженного системой 21 возбуждения, и через шины 9 осуществляется питание судовых электропотребителей. When the main diesel engine 1 is parked, the isolating clutch 17 is closed, the isolating clutch 18 is open. The auxiliary diesel engine 19 provides rotation of the synchronous generator 16 provided with the excitation system 21, and ship electrical consumers are supplied through the buses 9.
В установившемся ходовом режиме работы шины 9 судовой электростанции получают питание от валогенератора 4 через управляемый выпрямитель 6 и ведомый инвертор 8. Система 5 возбуждения валогенератора 4 обеспечивает поддержание напряжения в заданном диапазоне на зажимах валогенератора 4 при изменении нагрузки электропотребителей. Схемами управления 10 и 11 соответственно управляемого выпрямителя 6 и ведомого инвертора 8 обеспечивается требуемая активная мощность, передаваемая валогенератором 4 к судовым электропотребителям. При питании шин 9 от валогенератора 4 разъединительные муфты 17,18 разомкнуты, а синхронный генератор 16 работает в режиме компенсатора, обеспечивая выработку реактивной мощности, необходимой для работы ведомого инвертора 8. In the steady running mode of operation, the tires 9 of the ship power station receive power from the shaft generator 4 through the controlled rectifier 6 and the slave inverter 8. The drive system 5 of the shaft generator 4 maintains voltage in a predetermined range at the terminals of the shaft generator 4 when the load of the electric consumers changes. The control circuits 10 and 11, respectively, of the controlled rectifier 6 and the slave inverter 8 provide the required active power transmitted by the shaft generator 4 to the ship's electrical consumers. When powering the tires 9 from the shaft generator 4, the disconnecting clutches 17.18 are open, and the synchronous generator 16 operates in the compensator mode, providing the generation of reactive power necessary for the operation of the slave inverter 8.
При появлении крутильных колебаний в системе главный двигатель 1 - валопровод 2 - винт 3 на выходе датчика крутильных колебаний 13 появляются колебания напряжения относительно нулевого уровня. Эти колебания, проходя через фазовращатель 14 и усилитель 15, поступают на вход регулятора тока 12 и схемы управления 10 управляемого выпрямителя 6 (или схемы управления 11 ведомого инвертора 8). При появлении крутильных колебаний муфта 18 включается и маховик 20 соединяется с синхронным генератором 16, работающим в режиме синхронного компенсатора. Изменения сигнала управления на выходе схемы управления 10 (или схемы управления 11) вызывают колебания тока в силовой цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8 относительно исходного уровня. Увеличение тока в цепи постоянного тока приводит к увеличению тока, потребляемого синхронным компенсатором 16 за счет перехода в двигательный режим. При этом имеет место разгон маховика 20 и некоторое увеличение частоты напряжения на шинах 9. При уменьшении тока синхронный компенсатор 16 переходит в генераторный режим с передачей энергии вращающегося маховика к электропотребителям. Амплитуда колебаний частоты на шинах 9 будет незначительной при большом моменте инерции маховика 20, поэтому колебания токов электропотребителей будут также малыми. В установке будут иметь место значительные колебания тока в цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8, валогенератора 4 и тока синхронного компенсатора 16. Колебания тока валогенератора 4 приводят к колебаниям его электромагнитного момента. За счет регулировки фазовращателя 14 устанавливаются фазовые соотношения между колебаниями частоты вращения главного дизеля 1 и электромагнитного момента валогенератора 4, обеспечивающие демпфирование крутильных колебаний в течение всего периода колебательного процесса. При увеличении частоты вращения главного дизеля 1 должен увеличиваться электромагнитный момент валогенератора 4, а при уменьшении - снижаться, что препятствует развитию колебаний, т. е. создает демпфирующий эффект. Степень демпфирования колебаний определяется коэффициентом передачи усилителя 15, который настраивается таким образом, чтобы ток цепи валогенератор 4 - управляемый выпрямитель 6 - ведомый инвертор 8 при колебаниях не достигал нулевого значения, что привело бы к появлению несимметричного цикла колебаний. Отрицательная обратная связь по току, реализованная на датчике тока 7, обеспечивает равенство заданного и фактического значений тока, т.е. синфазные колебания тока в цепи постоянного тока управляемого выпрямителя 6 - ведомого инвертора 8 и выходного сигнала усилителя 15. When torsional vibrations appear in the system, the main engine 1 — shaft drive 2 — screw 3, voltage fluctuations with respect to the zero level appear at the output of the torsional vibration sensor 13. These oscillations, passing through the phase shifter 14 and amplifier 15, are fed to the input of the current regulator 12 and the control circuit 10 of the controlled rectifier 6 (or control circuit 11 of the slave inverter 8). When torsional vibrations appear, the clutch 18 engages and the flywheel 20 is connected to the synchronous generator 16 operating in the synchronous compensator mode. Changes in the control signal at the output of the control circuit 10 (or control circuit 11) cause current fluctuations in the direct current power circuit of the controlled rectifier 6 - slave inverter 8 relative to the initial level. The increase in current in the DC circuit leads to an increase in the current consumed by the synchronous compensator 16 due to the transition to the motor mode. In this case, there is acceleration of the flywheel 20 and a slight increase in the voltage frequency on the buses 9. When the current decreases, the synchronous compensator 16 switches to the generator mode with the transfer of energy of the rotating flywheel to the consumers. The amplitude of the frequency fluctuations on the tires 9 will be insignificant with a large moment of inertia of the flywheel 20, therefore, the fluctuations in the currents of electric consumers will also be small. Significant current fluctuations in the direct current circuit of the controlled rectifier 6 - slave inverter 8, shaft generator 4 and synchronous current compensator 16 will take place in the installation. Current oscillations of shaft generator 4 lead to oscillations of its electromagnetic moment. By adjusting the phase shifter 14, phase relationships are established between the fluctuations in the frequency of rotation of the main diesel engine 1 and the electromagnetic moment of the shaft generator 4, providing damping of torsional vibrations throughout the entire period of the oscillatory process. With an increase in the speed of rotation of the main diesel engine 1, the electromagnetic moment of the shaft generator 4 should increase, and with a decrease, it should decrease, which prevents the development of oscillations, i.e., creates a damping effect. The degree of vibration damping is determined by the gain of the amplifier 15, which is adjusted so that the current of the shaft generator 4 — controlled rectifier 6 — slave inverter 8 does not reach zero during oscillations, which would lead to the appearance of an asymmetric oscillation cycle. The negative current feedback implemented on the current sensor 7 ensures the equality of the set and actual current values, i.e. common-mode oscillations of the current in the DC circuit of a controlled rectifier 6 - slave inverter 8 and the output signal of the amplifier 15.
Демпфирование крутильных колебаний валопровода и маховых масс электроэнергетической установки уменьшает количество отказов от усталостных явлений в 1,5-2 раза. Damping torsional vibrations of the shaft line and flywheel masses of an electric power installation reduces the number of failures from fatigue phenomena by 1.5-2 times.
Элементы, введенные в состав предлагаемой электроэнергетической установки судна, выпускаются как отечественными, так и зарубежными фирмами и, как правило, могут быть использованы по прямому назначению без дополнительных затрат на их освоение. Elements introduced into the proposed electric power plant of the vessel are produced by both domestic and foreign companies and, as a rule, can be used for its intended purpose without additional costs for their development.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106974/28A RU2110435C1 (en) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Shipboard electrical plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106974/28A RU2110435C1 (en) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Shipboard electrical plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2110435C1 true RU2110435C1 (en) | 1998-05-10 |
| RU97106974A RU97106974A (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=20192466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97106974/28A RU2110435C1 (en) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Shipboard electrical plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2110435C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509663C1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Ship integral modular electric power system |
| RU2618614C1 (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Unified vessel power generating plant |
-
1997
- 1997-04-29 RU RU97106974/28A patent/RU2110435C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника.- Л.: Судостроение, 1979, с. 64 - 65. 2.Агуреев А.Г. и др. Крутильные колебания и надежность судовых валопроводов. - М.: Транспорт, 1982, с. 90 - 96. 3. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509663C1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Ship integral modular electric power system |
| RU2618614C1 (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Unified vessel power generating plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2371702B1 (en) | Propulsion arrangement | |
| US5587647A (en) | Dual output synchronous-induction starting/generating system | |
| US4868406A (en) | Electrically compensated constant speed drive with prime mover start capability | |
| CN101958674B (en) | Winding open-circuit type permanent magnet motor vehicle starting and generating system and control method | |
| JP2019519414A (en) | Hybrid power source drone | |
| EP1663775B1 (en) | Propulsion system for ships | |
| US4694187A (en) | Electromechanical constant speed drive generating system | |
| RU2110435C1 (en) | Shipboard electrical plant | |
| RU2110441C1 (en) | Shipboard electrical plant | |
| RU2110440C1 (en) | Shipboard electrical plant | |
| SU1699862A1 (en) | Marine power plant | |
| CN113852318A (en) | New energy power generation direct drive system | |
| RU2146209C1 (en) | Marine power plant | |
| RU139502U1 (en) | SHIP VALOGENERATORY INSTALLATION | |
| CN202320762U (en) | Electric system for marine shaft generator | |
| RU2146635C1 (en) | Marine power plant | |
| RU2132483C1 (en) | Automatic windmill electric generating plant | |
| RU2808304C1 (en) | Electric propulsion system for autonomous mining vehicles | |
| Kurka et al. | New generation of mobile electrical power sources | |
| RU2535768C1 (en) | Ship shaft-generator plant | |
| RU2544029C2 (en) | Ship electric power plant | |
| RU132774U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
| FI121644B (en) | Vibration damping arrangement | |
| RU223289U1 (en) | AUTONOMOUS GENERATOR SET | |
| Yan et al. | Performance Simulation and Dynamic Analysis of Marine Electric Propulsion System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050430 |