Роль возбудителей выполняют обычные генераторы постоянного тока. Очень часто эти генераторы выполняются с тремя обмотками возбуждения: параллельной, последовательной и независимой (за дающей) и называются трехобмоточными возбудителями. Они по зволяют улучшить статические и динамические характеристики ГЭУ.
Большое распространение в качестве возбудителей на совре менных электродах получили электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем (амплидины) и с продольным полем (ротогролы). ЭМУ, ,в отличие от обычных генераторов постоянного тока, обладают значительно большим коэффициентом усиления и быстро действием, что является важным для создания систем автоматиче ского управления ГЭУ.
Электромашинные усилители, при всех своих самых высоких технических показателях, являются весьма «капризными» машина ми и требуют повседневного ухода за коллектором и щеточным ап паратом. Причем для обслуживания и настройки их требуется до статочно высокая квалификация и определенный опыт.
Последнее время в гребных электрических установках для воз буждения главных генераторов и гребных электродвигателей начи нают применяться статические преобразователи на полупроводни ковых элементах. Этим самым повышается надежность ГЭУ. сокра щаются эксплуатационные расходы, упрощается обслуживание установки.
§75. ГЭУ постоянного тока
ВГЭУ постоянного тока, как правило, несколько генераторов работают на один или два гребных электродвигателя. Возникает вопрос о том, как соединять между собой генераторы и двигатели.
Известно, что на обычных электростанциях генераторы при сов местной работе всегда соединяются параллельно и нагрузка (по требители электроэнергии) к ним подключается также параллельно.
В этом случае потребителей электроэнергии много, они различ ны по мощности и по другим параметрам и в процессе работы ко личество их все время меняется.
В ГЭУ потребителями энергии являются только гребные элек тродвигатели, и в каждом отдельном режиме работы судна число работающих генераторов и двигателей остается постоянным. В этих условиях более целесообразным является последовательное соединение генераторов и гребных электродвигателей.
Последовательное соединение машин применительно к ГЭУ имеет следующие достоинства.
1. При последовательном соединении генераторов достигается более равномерное распределение нагрузки между ними, чем при параллельном соединении.
На рис. 187, а показана схемадвух одинаковых генераторов, соединенных параллельно и работающих на один ГЭД. Напряжение
зоо
j
где Яя1 и
на зажимах генераторов всегда одинаково, а токи их будут равны только при ус ловии равенства э. д. с. обо их генераторов, т. е.
А = А при Е г = Е2.
Если по какой-либо при чине, например э. д. с. пер вого генератора будет боль ше э. д. с. второго, то в це пи обоих генераторов поте чет уравнительный ток:
Е\ — Е г
Рис. 187. Схемы главного тока:
а — параллельное соединение: б — последова тельное' соединение; в — схема с четыоьмя гене раторами
— сопротивления цепей якоря первого и второго ге нераторов, включающие в себя сопротивление до полнительных полюсов и компенсационной об мотки.
Этот уравнительный ток суммируется с током первого генера тора и вычитается из тока второго генератора, так что действи тельные рабочие токи генераторов будут:
/ Р1= А + / у; Аг = А — А-
Несмотря на то что генераторы и их первичные двигатели од нотипные, причин для небольшого отклонения э. д. с. у того или иного генератора много. Прежде всего это может произойти из-за различной чувствительности регуляторов частоты вращения первич ных двигателей или из-за незначительной разницы магнитных си стем зазоров генераторов.
Пример. Допустим, что два генератора д/э «Амгуэма» соединены не после
|
|
|
|
|
|
|
довательно, |
а параллельно. Данные |
генераторов: |
Р а— 1375 кВт, Ч п = 500 В, |
‘ а — 2750 А. Сопротивление цепи якоря 0,0036 Ом, Е н = 490 |
В. |
|
Генераторы работают |
в номинальных режимах. Вдруг, |
по какой-либо из |
перечисленных причин Е \ |
первого генератора увеличилась всего |
на 2%. Легко |
подсчитать, |
что в этом случае между |
генераторами |
возникает |
уравнительный |
ток, равный 1361 А. Нагрузка между, ними перераспределится и первый генера тор будет работать при токе 4111 А, а второй — 1389 А.
Такая же картона наблюдается и при параллельном соединении двух двигателей, расположенных на одном валу.
При последовательном соединении (рис. 187) машин по всем обмоткам яко рей протекает один и тот же ток. Изменение э. д. с. у одного из генераторов на 2% приведет к изменению напряжения на зажимах якоря этого генератора тоже на 2%. На 2% изменится и его мощность.
2. Последовательное соединение генераторов позволяет в слу чае вывода из работы одного или нескольких генераторов более полно загружать оставшиеся в работе.
Например, в схеме (см. рис. 187, б ) с двумя последовательно соединенными генераторами один вывели из работы. Напряжение
на зажимах гребного электродвига теля уменьшится в 2 раза, и в 2 ра за уменьшится его частота враще ния. Для полной загрузки оставше гося в работе генератора необходимо уменьшить поток возбуждения греб ного электродвигателя настолько, чтобы ток главной цепи достиг зна чения номинального тока генера тора.
Рис. 188. Схема главного |
тока . |
ЕСЛИ ВЫВОДИТСЯ |
ИЗ р а б о т ы |
ОДИН |
судов типа «Амгуэма» |
|
из параллельно включенных генера |
ние на зажимах ГЭД |
|
торов (см. рис. 187, а) то напряже |
не уменьшается, не уменьшается и его |
частота вращения, и, следовательно, оставшийся |
генератор |
будет |
перегружен. Для уменьшения тока главной цепи |
до номинальной |
величины необходимо уменьшить напряжение генератора, но при этом, уменьшится и его мощность. Работа же генератора при токе, превышающем номинальный, допустима только кратковременно.
3. При последовательном соединении генераторов можно умень шить напряжение между двумя любыми точками главной цепи. В Правилах Регистра СССР указано, что напряжение между дву мя любыми точками цепи главного тока ГЭУ постоянного тока не может быть более 1200 В.
На рис. 187, в приведена схема с четырьмя генераторами, каж дый из которых имеет напряжение 600 В. В этой установке факти чески действует напряжение 2400 В, но последовательное включе ние машин с чередованием генераторов и двигателей • позволяет выполнить требование Регистра. Напряжение между двумя любы ми точками главной цепи не превышает 1200 В.
4. При последовательном соединении уменьшается до минимума число контуров главного тока, что упрощает контроль и защиту ГЭУ.
В качестве примера рассмотрим схему главного тока гребной электрической установки судов типа дизель-электроход «Амгуэма» (рис. 188). Схема является двухконтурной, причем оба контура совершенно аналогичны и никакой электрической связи между со бой не имеют. Каждый контур состоит из двух генераторов и одно го якоря двухъякортюго гребного электродвигателя.
Схема позволяет осуществить пять режимов работы ГЭУ. Первый режим: работают все четыре генератора на два якоря
ГЭД.
Второй режим: в' одном контуре работают два генератора, а в другом контуре — один.
Третий режим: работают два генератора одного контура. Четвертый режим: в каждом контуре работает по одному гене
ратору.
Пятый режим: в одном контуре работает один генератор.
Набор схемы |
для |
соответст |
|
|
вующего режима |
осуществляется |
|
|
в обесточенном состоянии гребной |
|
|
электрической установки при по |
|
|
мощи |
двухполюсных переключа |
|
|
телей 1ПГ; 2ПГ; ЗПГ; 4ПГ. |
|
|
При отключении какого-либо |
|
|
генератора соответствующий пе |
|
|
реключатель замыкает перемычку |
|
|
в цепи |
главного |
тока. |
Эти пере |
Рис. 189. С хем а трехобм оточного |
ключатели имеют свои |
блок-кон |
в озбуди тел я главны х |
генераторов |
такты в цепях управления и за |
|
|
щиты ГЭУ. |
генератора из схемы также можно |
осуществить |
Исключение |
только в обесточенном |
состоянии ГЭУ. |
|
В каждом контуре установлено по два воздушных выключателя АВ1; АВ2; АВЗ; АВ4 с максимальным расцепителем мгновенного действия на 6000 А.
ГЭУ постоянного тока, как видим, выполняются по системе гене
ратор-двигатель. |
|
ГЭУ могут |
Как уже было показано выше, в один контур тока |
входить несколько генераторов и гребных |
электродвигателей. |
В один контур обычно входит не более двух |
гребных |
электро |
двигателей, причем они механически связаны, т. е. работают на один вал.
Частота вращения гребных электродвигателей регулируется в широких пределах (от 0 до пн) за счет изменения напряжения ге нераторов. Однако для более полной загрузки генераторов прихо дится соответствующим образом регулировать и поток возбуждения ГЭД. Из этих же соображений иногда для уменьшения скорости судна целесообразно вывести из работы один или несколько гене раторов, не меняя напряжения оставшихся в работе.
Ток возбуждения генераторов и гребных электродвигателей дос таточно большой, и регулировать его включением реостатов и по тенциометров в цепи возбуждения главных машин ГЭУ сложно и неудобно. Например, ток возбуждения одного якоря гребного элек тродвигателя дизель-электрохода «Амгуэма» превышает 100 А.
Регулировочные реостаты и потенциометры поста управления включаются в цепи обмоток возбуждения возбудителей генерато ров и гребных электродвигателей.
На рис. 189 показана для примера схема трехобмоточного воз будителя двух главных генераторов ГЭУ. Возбудитель имеет неза висимую обмотку возбуждения ОВ1, параллельную обмотку ОВ2 и обмотку ОВЗ, включенную параллельно компенсационной обмот ке и обмотке дополнительных полюсов гребного электродвигателя. Благодаря этому ток в обмотке ОВЗ всегда пропорционален току главной цепи. Намагничивающие силы обмоток ОВ1 и ОВ2 дейст вуют согласно, а намагничивающая сила обмотки ОВЗ — встречно. Чрезмерное увеличение тока главной цепи приводит к тому, что
обмотка ОВЗ уменьшает поток возбуждения возбудителя, а зна чит, уменьшаются напряжение возбудителя, токи возбуждения ге нераторов, напряжение генераторов и ток главной цепи.
Частота вращения гребного электродвигателя регулируется изменением тока возбуждения в обмотке ОВ1 при помощи потен циометра поста управления Rnу. Реверсирование ГЭД достигается изменением направления тока в обмотке ОВ1 за счет контактов по ста управления /7<УВи ПУН. На некоторых судах («Лена», «Амгуэма») реверсирование гребного электродвигателя осуществляется изменением направления тока в обмотке возбуждения двигателя.
В ГЭУ постоянного тока применяются различные виды защиты от ненормальных режимов. Если в обычных электроустановках за щита действует на отключение поврежденного участка схемы, то в ГЭУ большинство видов защиты действует на отключение возбуж дения главных машин. Однако на некоторых отечественных элек троходах установлены воздушные автоматические выключатели, способные размыкать главную цепь под током.
Наиболее важное значение имеют следующие виды защиты.
1.Защита от короткого, замыкания в главной цепи. Выполняет ся либо при помощи автоматического выключателя, либо при по мощи реле максимального тока, действующего на отключение воз буждения всех машин поврежденного контура.
2.Защита от перегрузки. В ГЭУ с трехобмоточными возбуди телями перегрузка предотвращается действием обмотки ОВЗ (см.
рис. 191). Вообще перегрузка главных машин ГЭУ оценивается по температуре обмоток и выходящего воздуха. Эта защита дей ствует на предупредительный сигнал. В некоторых установках при меняются токовые реле, действующие также на сигнал. •
3. Защита от реверсирования первичных двигателей. Если в од ном контуре работает не менее двух генераторов и первичный дви гатель одного из них лишился подачи топлива, то генератор остано вится и, перейдя (в двигательный режим, реверсируется. Защита осуществляется при помощи реле контроля частоты вращения первичных двигателей и действует на отключение возбуждения ос танавливающегося генератора. Эту защиту можно осуществить и при помощи реле давления масла или охлаждающей воды, если масляный и охлаждающий насосы навешанные.
4. Защиты от разгона гребного электродвигателя. Недопусти мый разгон (разнос) ГЭД может произойти при срезе лопастей винта, при потере винта или при его оголении во время шторма. За щита осуществляется при помощи реле контроля частоты вращения гребного вала и действует на отключение возбуждения всех машин
контура.
5. Защита от разгона первичных двигателей. При реверсиро вании гребного винта электродвигатель переходит в генераторный режим, а генераторы — в двигательный (рекуперативное торможе ние). Генераторы могут в этом случае разогнать первичные двига тели до недопустимой скорости. Обычно схема управления ГЭУ настраивается так, чтобы предотвратить такой разгон. Все же в от-
