RU2756141C1 - Гребная электрическая установка - Google Patents

Гребная электрическая установка Download PDF

Info

Publication number
RU2756141C1
RU2756141C1 RU2020122635A RU2020122635A RU2756141C1 RU 2756141 C1 RU2756141 C1 RU 2756141C1 RU 2020122635 A RU2020122635 A RU 2020122635A RU 2020122635 A RU2020122635 A RU 2020122635A RU 2756141 C1 RU2756141 C1 RU 2756141C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
electric
generator
winding
propeller
Prior art date
Application number
RU2020122635A
Other languages
English (en)
Inventor
Федор Андреевич Гельвер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2020122635A priority Critical patent/RU2756141C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2756141C1 publication Critical patent/RU2756141C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Гребная электрическая установка содержит систему управления, первичные тепловые двигатели, электрические генераторы, выпрямители напряжения, инверторы напряжения, гребные электродвигатели и гребные винты. Каждый из генераторов и гребных электродвигателей выполнен двухобмоточным многофазным, при этом каждый генератор содержит обмотку возбуждения. Гребная электрическая установка дополнительно содержит два электрических преобразователя обмоток возбуждения, к каждому из которых подключена своя обмотка возбуждения генератора. Обмотки каждого генератора подключены на вход своего выпрямителя напряжения. Выходы двух выпрямителей напряжения каждого из генераторов соединены согласованно последовательно и образуют положительный и отрицательный выводы постоянного тока генераторного агрегата. Каждый из инверторов напряжения подключен своим выходом к своей обмотке гребного электродвигателя, а входы инверторов одного гребного электродвигателя подключены на выводы разных генераторных агрегатов. Технический результат заключается в повышении надежности и энергетической эффективности гребной электрической установки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Предложение относится к судостроению, в частности к гребным электрическим установкам судов большой мощности как гражданского, гак и военно-морского флота, для которых необходимо обеспечить питание гребных электродвигателей с широким диапазоном регулирования частоты вращения гребного винта. Предлагаемая гребная электроэнергетическая установка характеризуется высокой степенью надежности, а также высокими показателями энергетической эффективности и может обеспечивать питание потребителей собственных нужд, а также питание внешних береговых либо буксируемых потребителей, что значительно расширяет ее функциональные возможности.
Известна гребная электрическая установка с многоуровневыми преобразователями частоты (МПК B60L 11/00, В63Н 21/17, Н02М 7/00, патент RU 2475376 (С1), дата подачи заявки 24.06.2011, Калинин И.М., Хомяк В.А., Балабанов В.А., Гребная электрическая установка с многоуровневыми преобразователями частоты), содержащая генераторные агрегаты с источниками электроэнергии, коммутационные аппараты, главный распределительный щит, многообмоточные трансформаторы, разъединитель, выпрямительные модули, конденсаторы звена постоянного тока, многоуровневые инверторы и двухобмоточный гребной электродвигатель. Достоинством такой структуры является использование многоуровнего преобразователя частоты позволяющего обеспечить высокое качество формируемого выходного напряжения для питания обмоток гребного электродвигателя. К недостаткам известной структуры относятся наличие двух многообмоточных силовых согласующих трансформаторов, большое количество преобразований электрической энергии, а так же невозможность использования энергии торможения гребного электродвигателя. Кроме того к недостаткам известной структуры относится отсутствие питания потребителей собственных нужд.
Известна гребная электрическая установка (МПК H02J 3/38, В63Н 23/24, H02J 9/06, патент WO 2009/135736 А1, заявка РСТ/ЕР2009/053957, дата подачи заявки 02.04.2009, авторы HOFFMANN ALFRED, WIETOSKA JENS, CIRCUITRY FOR FEEDING A DRIVE MACHINE HAVING A PLURALITY OF WINDING SYSTEM), содержащая генераторные агрегаты с источниками электроэнергии, коммутационные аппараты, главный распределительный щит с двумя секциями, многообмоточные трансформаторы, выпрямительные модули, конденсаторы звена постоянного тока, многоуровневые инверторы и два двухобмоточных гребных электродвигателя. Причем питание одной из независимых обмоток каждого из гребных электродвигателей возможно осуществить как от одного, так и от другого генераторного агрегата. Достоинством такой структуры является высокая степень надежности и живучести системы электродвижения. Так при отказе одного из гребных электродвигателей, электрических преобразователей либо генераторных агрегатов система электродвижения продолжает работать с ограничениями, наложенными на величину мощности движительного комплекса. Кроме того, система обладает высоким показателем энергетической эффективности. К недостаткам известной структуры относятся наличие большого количества оборудования и большого количества преобразований электрической энергии. Кроме того, к недостаткам известной структуры относится невозможность полезного использования энергии торможения гребных электродвигателей, а также отсутствие питания потребителей собственных нужд.
Наиболее близкой по технической сущности является гребная электрическая установка (МПК В63Н 21/17, H02J 3/38, В63Н 23/24, патент WO 2008/081189 А1, заявка PCT/GB2008/000016, дата подачи заявки 07.01.2008, автор LEWIS ERIC, POWER SYSTEMS), содержащая четыре главных генераторных агрегата с источниками электроэнергии, коммутационные аппараты, главный распределительный щит, состоящий из секции главных генераторных агрегатов, согласующие трансформаторы, активные выпрямители напряжения, конденсаторы звена постоянного тока, инверторы напряжения, два гребных электродвигателя выполненные в двух якорном исполнении, два электропривода подруливающих устройств, согласующие трансформаторы и потребители собственных нужд. Секции главных генераторных агрегатов образуют правый и левый борт питания гребных электродвигателей, причем питание одной из обмоток каждого из гребных электродвигателей, возможно, осуществить как от правого, так и от левого борта питания главных генераторных агрегатов. Достоинством такой структуры является возможность питания от главных генераторных агрегатов потребителей собственных нужд. Кроме того, использование активных выпрямителей напряжения позволяет обеспечить высокие показатели качества электроэнергии на шинах секции главного распределительного щита. К недостаткам известной структуры относятся наличие большого количества сложного и дорогого оборудования гребной электрической установки, а также то, что при необходимости торможения гребного электропривода без использования тормозной цепи энергия между гребными электродвигателями будет перетекать через секции главных генераторных агрегатов и согласующие трансформаторы.
Предлагаемая гребная электрическая установка судна позволяет повысить надежность и живучесть электродвижительного комплекса судна, значительно упростить составные элементы, схему и структуру движительного комплекса. Предлагаемая структура позволяет сократить число преобразований электрической энергии, повысить показатель энергетической эффективности, а также просто осуществить распределение энергии между электродвигателями при необходимости торможения судна. К достоинствам предложения следует отнести возможность обеспечения питанием потребителей собственных нужд, а также возможность питания внешних береговых либо буксируемых потребителей, что значительно расширяет ее функциональные возможности. Кроме того, электрическая установка судна может быть построена с использованием высокооборотных безредукторных главных генераторных установок с выходным напряжением повышенной частоты, а инверторы напряжения гребных электродвигателей построены на основе трехуровневых инверторов напряжения, которые позволяют получать высокое качество синтезируемого напряжения для питания гребных электродвигателей. Предложенная электрическая установка позволяет исключить устройства мягкого пуска для заряда накопительных конденсаторов инверторов напряжения.
Гребная электрическая установка судна помимо выполнения основных требований эксплуатационного характера позволяет:
- улучшить массогабаритные характеристики, а также повысить надежность и живучесть энергетической установки;
- повысить энергетическую эффективность и экономичность энергоустановки;
- повысить коэффициент загрузки первичных тепловых двигателей, тем самым повысив их ресурс эксплуатации;
- осуществлять плавный заряд накопительных конденсаторов установленных на входе инверторов напряжения;
- осуществлять регулирование напряжения на выходах электрических генераторов для осуществления синтеза выходного напряжения инверторов напряжения с высокими показателями качества;
- осуществлять торможение гребных электродвигателей без использования громоздких и дорогих тормозных резисторов с передачей энергии для питания потребителей собственных нужд, либо рассеиванием энергии торможения в рабочей среде - воде;
- обеспечивать потребители собственных нужд электроэнергией от главных генераторных агрегатов в режимах движения судна;
- обеспечивать питание электроэнергией внешних потребителей судна, например береговых потребителей либо потребителей буксируемых объектов от главных генераторных агрегатов.
Описанные преимущества достигаются тем, что гребная электрическая установка содержит два генераторных агрегата, от каждого из которых получают независимое питание обмотки каждого из гребных электродвигателей. При этом генераторные агрегаты могут быть выполнены высокооборотными, а соответственно они будут малогабаритными и будут иметь небольшой вес. Предложенная гребная электрическая установка судна может быть снабжена дополнительными согласующим электрическим преобразователем и двухобмоточным трансформатором для питания потребителей собственных нужд.
Структура электрической установки судна построена таким образом, что отказ одного из генераторных агрегатов, выпрямителей напряжения, инверторов напряжения, а также одного из гребных электродвигателей не приведет к отказу всей электродвижительной установки. Кроме того, в долевых режимах работы с целью повышения энергетической эффективности может быть использован один генераторный агрегат который обеспечивает питание и работу двух гребных электродвигателей с ограничением величины мощности на гребных винтах. Соединение элементов и компоновка гребной электрической установки судна выполнена таким образом, чтобы помимо выполнения требований технологического процесса между источником энергии и исполнительным агрегатом было минимальное число элементов, а используемый генераторный агрегат загружался под номинальное значение и не работал вхолостую. Предложенная структура движительного комплекса отличается универсальностью позволяющая использовать в качестве электромеханического преобразователя любой тип электрической машины переменного тока.
Поставленные задачи решаются благодаря тому, что в гребной электрической установке содержащей систему управления, первичные тепловые двигатели, электрические генераторы, выпрямители напряжения, инверторы напряжения, гребные электродвигатели и гребные винты, причем каждый из гребных электродвигателей работает на свой гребной винт, а каждый из электрических генераторов сидит на одном валу со своим первичным тепловым двигателем предусмотрены следующие отличия: гребная электрическая установка содержит два электрических генератора и два гребных электродвигателя, каждый из которых выполнен двухобмоточным многофазным, при этом каждый электрический генератор содержит обмотку возбуждения, гребная электрическая установка дополнительно содержит два электрических преобразователя обмоток возбуждения, к каждому из которых подключена своя обмотка возбуждения электрического генератора, а управление электрическими преобразователями обмоток возбуждения осуществляется от системы управления, многофазные обмотки каждого электрического генератора подключены на вход своего выпрямителя напряжения, выходы двух выпрямителей напряжения каждого из электрических генераторов соединены согласованно последовательно и образуют положительный и отрицательный выводы постоянного тока генераторного агрегата, каждый из инверторов напряжения подключен своим выходом к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя, а входы инверторов напряжения одного гребного электродвигателя подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока разных генераторных агрегатов.
Кроме того гребная электрическая установка может содержать трехуровневые инверторы напряжения, количество которых равно числу независимых обмоток гребных электродвигателей, причем выход каждого трехуровневого инвертора напряжения подключен каждый к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя, а входы каждого из трехуровневых инверторов напряжения подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока и общую точку соединения двух выпрямителей напряжения генераторного агрегата, причем трехуровневые инверторы напряжения каждого гребного электродвигателя подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока и общую точку соединения двух выпрямителей напряжения разных генераторных агрегатов.
Кроме того гребная электрическая установка может дополнительно содержать две тормозные цепи, каждая из которых подключена к положительному и отрицательному выводу постоянного тока своего генераторного агрегата, причем каждая тормозная цепь состоит из транзистора диода и тормозного резистора, причем коллектор транзистора соединен с положительным выводом постоянного тока генераторного агрегата, эмиттер транзистора соединен с катодом диода и первым выводом тормозного резистора, второй вывод которого соединен с анодом диода и отрицательной выводом постоянного тока генераторного агрегата.
Кроме того гребная электрическая установка может дополнительно содержать инвертор напряжения, двухобмоточный согласующий трансформатор, два автоматических выключателя, распределительный щит, вспомогательный дизель-генератор и потребители собственных нужд, причем дополнительный инвертор напряжения своими входами подключен к положительным и отрицательным выводам постоянного тока каждого генераторного агрегата, а выход дополнительного инвертора напряжения подключен на первичную обмотку двухобмоточного согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого через первый автоматический выключатель подключена к распределительному щиту, к которому подключены потребители собственных нужд и через второй автоматический выключатель электрический генератор вспомогательного дизель-генератора.
Кроме того, гребная электрическая установка может содержать четыре многофазных коммутационных аппарата и четыре щита питания внешних потребителей, каждый из многофазных коммутационных аппаратов установлен в цепь между выходом своего инвертора напряжения и своей многофазной обмоткой гребных электродвигателей, а каждый из щитов питания внешних потребителей подключен на выход своего инвертора напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 1, содержит систему управления 1, первичные тепловые двигатели 2-1, 2-2, электрические генераторы 3-1, 3-2, выпрямители напряжения 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, инверторы напряжения 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, гребные электродвигатели 6-1, 6-2 и гребные винты 7-1, 7-2. Каждый из гребных электродвигателей 6-1, 6-2 работает на свой гребной винт 7-1, 7-2, а каждый из электрических генераторов 3-1, 3-2 сидит на одном валу со своим первичным тепловым двигателем 2-1, 2-2. Гребная электрическая установка содержит два электрических генератора 3-1, 3-2 и два гребных электродвигателя 6-1, 6-2, каждый из которых выполнен двухобмоточным многофазным. Каждый электрический генератор 3-1, 3-2 содержит обмотку возбуждения. Гребная электрическая установка дополнительно содержит два электрических преобразователя 8-1, 8-2 обмоток возбуждения, к каждому из которых подключена своя обмотка возбуждения электрического генератора 3-1, 3-2. Управление электрическими преобразователями 8-1, 8-2 обмоток возбуждения осуществляется от системы управления 1. Многофазные обмотки каждого электрического генератора 3-1, 3-2 подключены на вход своего выпрямителя напряжения 4-1, 4-2, 4-3, 4-4. Выходы двух выпрямителей напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4) каждого из электрических генераторов 3-1 (3-2) соединены согласованно последовательно и образуют положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока генераторного агрегата 11-1 (11-2). Каждый из инверторов напряжения 5-1, 5-2 (5-3, 5-4) подключен своим выходом к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя 6-1 (6-2). Входы инверторов напряжения 5-1, 5-2 (5-3, 5-4) одного гребного электродвигателя 6-1 (6-2) подключены на положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока разных генераторных агрегатов 11-1 и 11-2.
Гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 2, содержит трехуровневые инверторы напряжения 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, количество которых равно числу независимых обмоток гребных электродвигателей 6-1, 6-2. Выход каждого трехуровневого инвертора напряжения 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 подключен каждый к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя 6-1, 6-2. Входы каждого из трехуровневых инверторов напряжения 12-1, 12-3 (12-2, 12-4) подключены на положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока и общую точку 13 соединения двух выпрямителей напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4) генераторного агрегата 11-1 (11-2). Трехуровневые инверторы напряжения 12-1, 12-2 (12-3, 12-4) каждого гребного электродвигателя 6-1 (6-2) подключены на положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока и общую точку соединения двух выпрямителей напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4) разных генераторных агрегатов 11-1 (11-2).
Гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 3, дополнительно содержит две тормозные цепи 14-1, 14-2, каждая из которых подключена к положительному 9 и отрицательному 10 выводу постоянного тока своего генераторного агрегата 11-1, 11-2. Каждая тормозная цепь 14-1 (14-2) состоит из транзистора 15. диода 16 и тормозного резистора 17. Коллектор транзистора 15 соединен с положительным выводом 9 постоянного тока генераторного агрегата 11-1 (11-2), эмиттер транзистора 15 соединен с катодом диода 16 и первым выводом тормозного резистора 17. Второй вывод тормозного резистора 17 соединен с анодом диода 16 и отрицательной выводом 10 постоянного тока генераторного агрегата 11-1 (11-2).
Гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 4, содержит дополнительный инвертор напряжения 18, двухобмоточный согласующий трансформатор 19, два автоматических выключателя 20, 21, распределительный щит 22, вспомогательный дизель-генератор 23 и потребители собственных нужд 24. Дополнительный инвертор напряжения 18 своими входами подключен к положительным 9 и отрицательным 10 выводам постоянного тока каждого генераторного агрегата 11-1, 11-2, а выход дополнительного инвертора напряжения 18 подключен на первичную обмотку двухобмоточного согласующего трансформатора 19, вторичная обмотка которого через первый автоматический выключатель 20 подключена к распределительному щиту 22. К распределительному щиту 22 подключены потребители собственных нужд 24 и через второй автоматический выключатель 21 электрический генератор вспомогательного дизель-генератора 23.
Гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 5, содержит четыре многофазных коммутационных аппарата 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 и четыре щита 26-1, 26-2, 26-3, 26-4 питания внешних потребителей. Каждый из многофазных коммутационных аппаратов 25-1 (25-2, 25-3, 25-4) установлен в цепь между выходом своего инвертора напряжения 5-1 (5-2, 5-3, 5-4) и своей многофазной обмоткой гребных электродвигателей 6-1, 6-2, а каждый из щитов 26-1 (26-2, 26-3, 26-4) питания внешних потребителей подключен на выход своего инвертора напряжения 5-1 (5-2, 5-3, 5-4).
Работа гребной электрической установки происходит следующим образом. Гребная электрическая установка, представленная на Фиг. 1 - Фиг. 5 содержит два однотипных генераторных агрегата 11-1, 11-2. Каждый из генераторных агрегатов 11-1 (11-2) состоит из первичного теплового двигателя 2-1 (2-2), электрического генератора 3-1 (3-2), выпрямителей напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4), электрического преобразователя 8-1 (8-2) обмотки возбуждения электрического генератора 3-1 (3-2). Причем выпрямители напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4) соединены согласованно последовательно, что при сдвиге в пространстве независимых многофазных обмоток одного генераторного агрегата 11-1 (11-2) позволит уменьшить уровень пульсации напряжения между отрицательным 10 и положительным 9 выводами постоянного тока генераторного агрегата 11-1 (11-2). При этом в качестве первичного теплового двигателя 2-1 (2-2) могут быть использованы быстроходные генераторные агрегаты, которые обладают лучшими массогабаритными характеристиками. Гребные электродвигатели 6-1 (6-2) выполнены двухобмоточными, а входы инверторов напряжения 5-1, 5-2 (5-3, 5-4) каждого из гребных электродвигателей 6-1 (6-2) подключены на положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока разных генераторных агрегатов 11-1 (11-2). Такая схема соединения элементов гребной электрической установки позволяет повысить надежность и энергетическую эффективность.
Так при отказе одного из генераторных агрегатов 11-1 (11-2) будет сохраняться работоспособность обоих гребных электродвигателя 6-1, 6-2 при ограничениях, наложенных на величины мощности на гребных винтах 7-1, 7-2. Таким образом, будет обеспечен высокий показатель надежности а также живучести гребной электрической установки.
Если необходимо осуществлять движение на скорости отличной от максимальной (в диапазоне от нуля до значения около 0,79 номинальной скорости) в гребной электрической установке может быть использован один из генераторных агрегатов 11-1 (11-2). При этом генераторный агрегат 11-1 (11-2) будет загружен по мощности близкой к номинальной, а второй генераторный агрегат 11-2 (11-1) будет отключен. Такое схемное решение позволит повысить энергетическую эффективность, а также значительно увеличить ресурс первичных тепловых двигателей 2-1, 2-2.
Предложенная гребная электрическая установка содержит электрические преобразователи 8-1, 8-2 обмоток возбуждения электрических генераторов 3-1, 3-2 которые позволяют осуществлять регулирование уровня напряжения (действующего значения напряжения и его амплитуды) тем самым появляется возможность плавного заряда накопительных конденсаторов инверторов напряжения 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 без использования различных устройств мягкого пуска.
Кроме того управление электрическими преобразователями 8-1, 8-2 обмоток возбуждения позволяет осуществлять регулирование напряжения питания инверторов напряжения 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 а следовательно осуществлять синтез напряжения питания обмоток гребных электродвигателя 6-1, 6-2 с высокими показателями качества в стационарных режимах работы гребной электрической установки.
С целью повышения качества синтезируемого напряжения для питания обмоток гребных электродвигателя 6-1, 6-2 гребная электрическая установка (Фиг. 2) может быть снабжена трехуровневыми инверторами напряжения 12-1, 12-2, 12-3, 12-4. Трехуровневые инверторы напряжения 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 позволяют синтезировать напряжение с более высокими показателями качества по сравнению с напряжением, синтезируемым с помощью инверторов напряжения 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 (двухуровневыми инверторами напряжения). Для работы трехуровневых инверторов напряжения 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 необходимо осуществлять их питание от трехуровнего источника постоянного напряжения. Трехуровневый источник постоянного напряжения реализован с использованием выпрямителей напряжения 4-1, 4-2 (4-3, 4-4) которые содержат положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока, а так же вывод общей точки 13.
Предложенная структура гребной электрической установки (Фиг. 1) позволяет осуществлять торможение и реверс гребной электрической установки без использования тормозного модуля с рассеянием энергии торможения в рабочей среде - воде. При этом остановка и реверс гребных электродвигателей 6-1, 6-2 будет осуществлен последовательно. При необходимости торможения судна гребной электродвигатель 6-1 (6-2) переводится в генераторный режим, при этом рекуперируемая энергия поступает через инверторы напряжения 5-1 и 5-2 (5-3 и 5-4) на положительный 9 и отрицательный 10 выводы постоянного тока генераторных агрегатов 11-1, 11-2. Происходит рост напряжения на данных выводах. При этом выпрямители напряжения 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 находятся в запертом состоянии и электроэнергия не потребляется от электрических генераторов 3-1, 3-2. Энергия, рекуперируемая гребным электродвигателем 6-1 (6-2), потребляется гребным электродвигателем 6-2 (6-1), который работает в двигательном режиме. После остановки гребного электродвигателя 6-1 (6-2) он переводится в двигательный режим с направлением вращения в противоположную сторону, а гребной электродвигатель 6-2 (6-1), работавший в двигательном режиме, переводится в генераторный режим. Энергия, рекуперируемая электродвигателем 6-2 (6-1), передается на раскрутку гребного электродвигателя 6-1 (6-2), переведенного в двигательный режим. После остановки гребного электродвигателя 6-2 (6-1) он переводится в двигательный режим и осуществляется работа гребных электродвигателей 6-1 и 6-2 на движение судна назад. Такая структура и такой способ позволяют осуществлять торможение и изменение направления движения судна без использования тормозной цепи. Кроме того, такой способ остановки и изменения направления движения судна позволяет контролировать и управлять потоками энергии в каждом из гребных электродвигателей 6-1, 6-2.
Аналогичным образом происходит торможение и изменение направления движения судна гребной электрической установки, представленной на Фиг. 2.
В случае необходимости быстрой остановки или изменения направления движения судна гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 3, может быть дополнительно снабжена двумя тормозными цепями 14-1, 14-2. Такое схемное решение позволит осуществлять торможение и реверс гребных электродвигателей 6-1, 6-2 одновременно. Это позволит сократить время остановки и время изменения направления движения судна.
С целью обеспечения потребителей собственных нужд 24 электроэнергией вырабатываемой генераторными агрегатами 11-1, 11-2 гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 4 может содержать дополнительный инвертор напряжения 18, двухобмоточный согласующий трансформатор 19, два автоматических выключателя 20, 21. распределительный щит 22, вспомогательный дизель-генератор 23 и потребители собственных нужд 24. Такая структура гребной электрической установки (Фиг. 4) позволит осуществить питание потребителей собственных нужд от генераторных агрегатов 11 -1, 11-2 при движении судна и от вспомогательного дизель-генератора 23 при его стоянке. Дополнительный инвертор напряжения 18 получает питание от генераторных агрегатов 11-1, 11-2, при этом он осуществляет стабилизацию параметров напряжения (частоты, действующего значения) на своем выходе. Согласующий трансформатор 19 осуществляет согласование напряжений генераторных агрегатов 11-1, 11-2 и напряжения питания потребителей собственных нужд 24. Автоматические выключатели 20, 21 осуществляют набор схемы электропитания потребителей собственных нужд 24 в различных режимах работы гребной электрической установки.
Для возможности осуществления питанием внешних береговых либо буксируемых потребителей гребная электрическая установка, схема которой представлена на Фиг. 5 может содержать четыре многофазных коммутационных аппарата 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 и четыре щита 26-1, 26-2, 26-3, 26-4 питания внешних потребителей. Такая структура гребной электрической установки позволит значительно расширить ее функциональные возможности. Так при необходимости питания, какого-либо из внешних потребителей достаточно разомкнуть коммутационный аппарат 25-1 (25-2, 25-3, 25-4) и осуществить питание внешнего потребителя от щита 26-1 (26-2, 26-3, 26-4) питания внешних потребителей. При этом инвертор напряжения 5-1 (5-2, 5-3, 5-4) будет синтезировать требуемые параметры напряжения для питания внешних потребителей. Таким образом, могут быть независимо запитаны четыре внешних потребителя электрической энергии с различными параметрами питающего напряжения.
Предлагаемая гребная электрическая установка судна позволяет повысить надежность и живучесть электродвижительного комплекса судна, сократить число преобразований электрической энергии, повысить показатель энергетической эффективности, а также осуществить торможение судна без использования тормозных резисторов. К достоинствам предложения следует отнести возможность использования высокооборотных первичных тепловых двигателей обладающих лучшими массогабаритными и энергетическими характеристиками. Кроме того, предложенная электрическая установка позволяет исключить из схемы устройства мягкого пуска для заряда накопительных конденсаторов инверторов напряжения, а также значительно повысить качество синтезируемого напряжения для питания гребных электродвигателей.
Предложенная структура движительного комплекса отличается универсальностью и позволяет использовать в качестве электромеханического преобразователя любой тип электрической машины переменного тока.

Claims (5)

1. Гребная электрическая установка, содержащая систему управления, первичные тепловые двигатели, электрические генераторы, выпрямители напряжения, инверторы напряжения, гребные электродвигатели и гребные винты, причем каждый из гребных электродвигателей работает на свой гребной винт, а каждый из электрических генераторов сидит на одном валу со своим первичным тепловым двигателем, отличающаяся тем, что гребная электрическая установка содержит два электрических генератора и два гребных электродвигателя, каждый из которых выполнен двухобмоточным многофазным, при этом каждый электрический генератор содержит обмотку возбуждения, гребная электрическая установка дополнительно содержит два электрических преобразователя обмоток возбуждения, к каждому из которых подключена своя обмотка возбуждения электрического генератора, а управление электрическими преобразователями обмоток возбуждения осуществляется от системы управления, многофазные обмотки каждого электрического генератора подключены на вход своего выпрямителя напряжения, выходы двух выпрямителей напряжения каждого из электрических генераторов соединены согласованно последовательно и образуют положительный и отрицательный выводы постоянного тока генераторного агрегата, каждый из инверторов напряжения подключен своим выходом к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя, а входы инверторов напряжения одного гребного электродвигателя подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока разных генераторных агрегатов.
2. Гребная электрическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит трехуровневые инверторы напряжения, количество которых равно числу независимых обмоток гребных электродвигателей, причем выход каждого трехуровневого инвертора напряжения подключен каждый к своей многофазной обмотке гребного электродвигателя, а входы каждого из трехуровневых инверторов напряжения подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока и общую точку соединения двух выпрямителей напряжения генераторного агрегата, причем трехуровневые инверторы напряжения каждого гребного электродвигателя подключены на положительный и отрицательный выводы постоянного тока и общую точку соединения двух выпрямителей напряжения разных генераторных агрегатов.
3. Гребная электрическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит две тормозные цепи, каждая из которых подключена к положительному и отрицательному выводу постоянного тока своего генераторного агрегата, причем каждая тормозная цепь состоит из транзистора диода и тормозного резистора, причем коллектор транзистора соединен с положительным выводом постоянного тока генераторного агрегата, эмиттер транзистора соединен с катодом диода и первым выводом тормозного резистора, второй вывод которого соединен с анодом диода и отрицательной выводом постоянного тока генераторного агрегата.
4. Гребная электрическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит дополнительный инвертор напряжения, двухобмоточный согласующий трансформатор, два автоматических выключателя, распределительный щит, вспомогательный дизель-генератор и потребители собственных нужд, причем дополнительный инвертор напряжения своими входами подключен к положительным и отрицательным выводам постоянного тока каждого генераторного агрегата, а выход дополнительного инвертора напряжения подключен на первичную обмотку двухобмоточного согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого через первый автоматический выключатель подключена к распределительному щиту, к которому подключены потребители собственных нужд и через второй автоматический выключатель электрический генератор вспомогательного дизель-генератора.
5. Гребная электрическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит четыре многофазных коммутационных аппарата и четыре щита питания внешних потребителей, каждый из многофазных коммутационных аппаратов установлен в цепь между выходом своего инвертора напряжения и своей многофазной обмоткой гребных электродвигателей, а каждый из щитов питания внешних потребителей подключен на выход своего инвертора напряжения.
RU2020122635A 2020-07-03 2020-07-03 Гребная электрическая установка RU2756141C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122635A RU2756141C1 (ru) 2020-07-03 2020-07-03 Гребная электрическая установка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122635A RU2756141C1 (ru) 2020-07-03 2020-07-03 Гребная электрическая установка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756141C1 true RU2756141C1 (ru) 2021-09-28

Family

ID=77999793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020122635A RU2756141C1 (ru) 2020-07-03 2020-07-03 Гребная электрическая установка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756141C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216793U1 (ru) * 2022-08-18 2023-03-01 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ Приводная Техника" Устройство питания приводов парных эскалаторов встречного движения
CN116353804A (zh) * 2023-04-28 2023-06-30 中国船舶科学研究中心 电动式半浸桨推进装置及其驱动方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081189A1 (en) * 2007-01-06 2008-07-10 Converteam Technology Ltd Power systems
RU2458819C1 (ru) * 2011-02-25 2012-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Судовая электроэнергетическая установка (варианты)
RU185666U1 (ru) * 2018-09-19 2018-12-13 Евгений Николаевич Коптяев Многофазная система электродвижения судов
RU197447U1 (ru) * 2020-02-03 2020-04-28 Евгений Николаевич Коптяев Судовая электроэнергетическая система

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081189A1 (en) * 2007-01-06 2008-07-10 Converteam Technology Ltd Power systems
RU2458819C1 (ru) * 2011-02-25 2012-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Судовая электроэнергетическая установка (варианты)
RU185666U1 (ru) * 2018-09-19 2018-12-13 Евгений Николаевич Коптяев Многофазная система электродвижения судов
RU197447U1 (ru) * 2020-02-03 2020-04-28 Евгений Николаевич Коптяев Судовая электроэнергетическая система

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216793U1 (ru) * 2022-08-18 2023-03-01 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ Приводная Техника" Устройство питания приводов парных эскалаторов встречного движения
CN116353804A (zh) * 2023-04-28 2023-06-30 中国船舶科学研究中心 电动式半浸桨推进装置及其驱动方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. A review of DC shipboard microgrids—Part I: Power architectures, energy storage, and power converters
US6150731A (en) Integrated high frequency marine power distribution arrangement with transformerless high voltage variable speed drive
KR101089905B1 (ko) 폐열 회수식 선박 추진 시스템을 작동시키기 위한 방법 및 폐열 회수식 선박 추진 시스템
US6188139B1 (en) Integrated marine power distribution arrangement
US9580160B2 (en) Ship drive system having a plurality of electric drive shafts
RU2436708C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
Reusser et al. Power electronics and drives: Applications to modern ship propulsion systems
JPH05219654A (ja) 船舶用電力システム
US11787522B2 (en) Power supply system for a water-bound device
CN103415439A (zh) 推进***
RU2756141C1 (ru) Гребная электрическая установка
US11952094B2 (en) Marine power system
RU2658759C1 (ru) Гребная электроэнергетическая установка
RU2737842C1 (ru) Электродвижительный комплекс транспортного средства
RU2765022C1 (ru) Гребная электрическая установка с двойными шинами постоянного тока
RU2693745C1 (ru) Электроэнергетическая установка судна с системой электродвижения
RU2618614C1 (ru) Единая электроэнергетическая установка судна
CN205837158U (zh) 一种用于三用拖船的交流电力推进***
RU2692980C1 (ru) Судовая электроэнергетическая установка
RU2723562C1 (ru) Электродвижительная установка судна с несколькими гребными винтами
RU2724019C1 (ru) Электродвижительный комплекс транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем
RU2723514C1 (ru) Электродвижительная установка с каскадным электрическим преобразователем
RU2735298C1 (ru) Электродвижительная установка с каскадным электрическим преобразователем
RU2716609C1 (ru) Электродвижительная установка транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем
RU2735189C2 (ru) Движительная установка с каскадным электрическим преобразователем