Оптимальное управление гребной дизель-электрической установкой с униполярными машинами по критерию потерь энергии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Румянцев Алексей Юрьевич

• Румянцев Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Румянцев Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГРЕБНЫХ УСТАНОВОК И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Обоснование актуальности применения оптимального управления в гребных электрических установках

1.2 Обоснование перспективности гребных электрических установок с униполярными машинами

1.3 Постановка задачи энергосберегающего оптимального управления гребной дизель-электрической установкой

1.4 Заключение по разделу

2 УРАВНЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ДИНАМИКУ УНИПОЛЯРНЫХ МАШИН

2.1 Устройство униполярной машины

2.2 Параметры униполярной машины и относительные единицы

2.3 Динамическая модель униполярной машины

2.4 Заключение по разделу

3 ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГРЕБНОЙ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С УНИПОЛЯРНЫМИ МАШИНАМИ

3.1 Математическая модель нагрузки

3.2 Динамическая модель системы генератор-двигатель

3.3 Динамическая модель преобразователей

3.4 Динамическая модель дизеля

3.5 Заключение по разделу

4 СИНТЕЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРЕБНОЙ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С УНИПОЛЯРНЫМИ МАШИНАМИ

4.1 Динамические свойства гребной дизель-электрической установки без обратных связей

4.2 Синтез контура скорости вращения маховых масс дизеля

4.3 Синтез контура управления потокосцеплением цепи обмотки возбуждения гребного униполярного двигателя

4.4 Синтез контура управления током цепи якорей униполярных машин

4.5 Синтез адаптивного регулятора скорости вращения маховых масс униполярного двигателя

4.6 Заключение по разделу

5 СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРЕБНОЙ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ

5.1 Целевая функция и критерий управления системой дизель-генератор-двигатель-винт

5.2 Синтез оптимальных регуляторов переменных состояния при управлении моментом двигателя

5.3 Синтез оптимальных регуляторов переменных состояния при управлении скоростью вращения якоря двигателя

5.4 Оптимальные значения управляющих воздействий при ограничениях на переменные состояния

5.5 Моделирование и анализ режимов оптимального управления гребной дизель-электрической установкой

5.6 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Переходные характеристики переменных состояния ГЭУ

с униполярными машинами при раздельном и оптимальном управлении

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимальное управление гребной дизель-электрической установкой с униполярными машинами по критерию потерь энергии»

Актуальность темы исследования

В настоящее время при построении судовых электроэнергетических систем получают широкое применение единые судовые электроэнергетические системы (ЕСЭЭС). ЕСЭЭС объединяют в себе большую совокупность электротехнических устройств, которые функционально можно разделить на устройства, обеспечивающие электроэнергией собственные нужды судна и системы, обеспечивающие электродвижение, называемыми гребными электрическими установками (ГЭУ). При этом мощность, расходуемая на собственные нужды судна, достаточно мала, и находится в диапазоне 10..20% по сравнению с мощностью, передаваемой на электродвижение. В тоже время, ГЭУ имеют ряд преимуществ при сравнении установок с механической передачей энергии от теплового двигателя через валопровод к винту. В частности, при регулировании скорости винта и маневрировании судна. Поэтому ГЭУ находят всё большее распространение и использование в качестве движительного комплекса судна.

Тенденция применения электродвижительного комплекса особенно ярко просматривается при постройке или модернизации в классе судов специального назначения. Данный тип судов отличается повышенными требованиями к ходовым качествам судна и маневрированию. При этом только ГЭУ обеспечивает все требуемые эксплуатационные характеристики.

Вопросам проектирования и эксплуатационным характеристикам судов с системами электродвижения уделяется большое внимание. Построением перспективных систем электродвижения судов, их развитием и совершенствованием занимаются ведущие судостроительные страны: Англия, Австралия, Италия, Канада, Голландия, Германия, США, Финляндия, Франция, Япония, [103, 105, 113 114]. В России системы электродвижения судов применяются на судах военно-морского флота, ледового плавания, буксирных судах и на некоторых типах рыбопромысловых судов [4, 9, 11, 15, 18. 31, 32, 33, 53, 78, 80, 91, 100].

Важной задачей при проектировании ГЭУ является обеспечение её высокой энергоэффективности и энергосбережения. Повышение энергетической эффективности и увеличение энергосбережения является приоритетным направлением технической политики в судостроении. В России действует Федеральный закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности", в котором предусмотрены и введены нормативы энергоэффективности технических устройств и процессов, а также внедрение энергосберегающих технологий и оборудования во всех сферах хозяйства. На мировом уровне повышением энергоэффективности судов занимается Международная морская организация (International maritime organization). В рамках работы этой организации, была принята резолюция о разработке методологии описания эффективности судна с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов с судов, посредством принятия технических и эксплуатационных мер.

Таким образом, применение перспективных видов и методов управления ГЭУ с целью повышения энергоэффективности и энергосбережения является актуальной проблемой.

Степень научной разработанности проблемы

Технология передачи энергии от теплового двигателя к движителю включает в себя выработку электроэнергии, её преобразование и согласование движения электродвигателя и движителя. В настоящее время наибольшее распространение получила следующая структура передачи энергии: тепловой двигатель - электрический генератор - электрический преобразователь -гребной электродвигатель - (редуктор) - винт. Данная структура позволяет синтезировать энергосистему единой, т.е. питающей все потребители, не только винт, но и другие собственные потребители судна. Реализация такой структуры стала возможной благодаря большому техническому прогрессу в области силовой электроники.

Однако, при увеличении мощности энергоустановки структура становится громоздкой и трудно реализуемой. В последние годы разработчики ГЭУ стали искать альтернативные варианты структур построения судовых энерго-

систем, которые бы позволили спроектировать систему более компактной и энергетически эффективной. Это отражается в работах следующих авторов:

- Е.Б. Гильмияров, В.В. Цветков, Судомеханический факультет МА МГТУ, кафедра судовых энергетических установок;

- А.В. Григорьев, В.В. Романовский, ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова;

- В.Н.Коршунов, Г.Е. Кувшинов, А.Н. Шейн, Дальневосточный государственный технический университет.

Одним из таких перспективных вариантов построения ГЭУ является применение вместо машин переменного тока, униполярных машин Фарадея, Барлоу [62, 94, 106, 107, 108, 109, 117]. Особенно глубоко рассмотрением униполярных машин в качестве ГЭУ подводных лодок занимается американская компания General Atomics Electromagnetic Systems. Параллельно предварительные исследования и расчеты, выполненные на российском предприятии ФГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина», показывают, что униполярные машины имеют лучшие массогабаритные, размерные и энергоэффективные показатели, хотя и имеется ряд вопросов, требующих более глубокого изучения.

Исследованием униполярных машин в составе перспективных видов гребных установок занимаются такие предприятия и авторы как:

- В.Я. Геча, А.Б. Захаренко, А.К. Надкин, ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ»;

- Rene Fuger, Arkadiy Matsekh, John Kells, Guina Energy Research Pty Ltd (Австралия);

- ФГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина»;

- ФГУП «Крыловский государственный научный центр»;

- Компания General Atomics Electric Electromagnetic Systems Division (США);

- Компания Guina Energy Technologies Pty Ltd (Австралия);

- Компания ThyssenKrupp Marine Systems (Германия).

В тоже время, второй задачей при проектировании ГЭУ является обеспечение высокой энергетической эффективности судна. Учитывая то, что мощность ГЭУ достигает в среднем 90% от общей мощности электростанции

судна особенно необходимо уделять внимание формированию энергетического баланса при передаче и распределении мощности от первичного теплового двигателя (дизеля) к движителю ГЭУ винту. То есть необходимо обращать особое внимание на потери энергии в элементах ГЭУ входящих в схему главного тока. При этом в ГЭУ, выполненных по схеме генератор-двигатель (Г-Д) с униполярными машинами нет электрического преобразователя в цепи якоря электрических машин, а управление униполярными машинами в этом случае осуществляется магнитным потоком. Мощности электрических преобразователей, используемых для этого, уменьшаются на два порядка. Это открывает неограниченные возможности для реализации энергоэффективной ГЭУ большой мощности.

Работами по повышению энергетической эффективности при использовании методов оптимизации занимаются следующие организации и специалисты:

- И.М. Калинин, В.А. Хомяк, ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург;

- С.А. Китаева, К.В. Чупина, ФГОУ ВПО «Дальрыбвтуз», Владивосток;

- В.В. Сахаров, В.Ф. Самосейко, ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова», Санкт-Петербург;

- А.Б. Дьяченко, И.С. Самоявчев, О.С. Хватов., ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта», Нижний Новгород.

Долгое время при применении ГЭУ и реализации концепции единой энергосистемы судна обороты первичного теплового двигателя и уровень напряжения электростанции поддерживались постоянными на номинальном уровне, поэтому задача энергосбережения решалась только вокруг электрической установки гребного электродвигателя, не затрагивая генерацию.

В данной работе рассматривается комплексный подход к оптимальному управлению электрическими машинами и тепловым двигателем. На данный момент оптимальное управление проработано в основном для отдельных эле-

ментов ГЭУ, а не для системы в целом в связи со сложностью получения аналитического решения [25, 39, 41, 45, 57, 67, 71, 79, 105, 111, 115]. В тоже время тепловой двигатель, как элемент ГЭУ, имеет несоизмеримо меньший к.п.д. по сравнению с электрическими машинами [11, 29, 113], поэтому реализация оптимального управления по критерию энергетической эффективности (минимума потерь энергии) путем воздействия не только на электрические машины, но и на тепловой двигатель приведет к существенно большей результативности.

Объектом исследования является гребная дизель-электрическая установка с униполярными машинами.

Предметом исследования являются электромагнитные и электромеханические процессы, участвующие в передаче энергии от первичного теплового двигателя и в создании движительного момента на валу гребного электродвигателя.

Целью работы является разработка оптимального управления гребной электрической установкой с униполярными машинами по критерию потерь энергии при передаче её от теплового двигателя к винту путем воздействия на магнитные потоки униполярных машин и подачу топлива к тепловому двигателю.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) Выполнение анализа конструктивных особенностей элементов ГЭУ, их технологических режимов работы, а так же обоснована целесообразность применения униполярных машин.

2) Разработка математической модели ГЭУ с униполярными машинами.

3) Получение решения задачи и разработка алгоритма оптимального управления ГЭУ путем воздействия на магнитные потоки униполярных машин Фарадея и подачу топлива к тепловому двигателю.

4) Синтез регуляторов оптимального управления ГЭУ с униполярными машинами Фарадея.

5) Анализ эффективности применения оптимального управления ГЭУ с униполярными машинами Фарадея.

Научную новизну определяют следующие основные положения и результаты данной диссертационной работы:

1. Математическая модель передачи энергии от теплового двигателя через униполярные машины к движителю.

2. Метод оптимального управления ГЭУ путем воздействия на магнитные потоки униполярных машин Фарадея и подачу топлива к тепловому двигателю.

3. Способ синтеза регуляторов оптимального управления ГЭУ с униполярными машинами Фарадея.

Практическая значимость полученных результатов состоит в уменьшении потерь энергии при передаче её от теплового двигателя к винту за счет энергосберегающего оптимального управления путем воздействия на магнитные потоки униполярных машин Фарадея и подачу топлива к тепловому двигателю.

Положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Результаты математического моделирования передачи энергии от теплового двигателя через униполярные машины к движителю.

2. Формулировка и решение задачи оптимального управления ГЭУ путем воздействия на магнитные потоки униполярных машин Фарадея и подачу топлива к тепловому двигателю.

3. Оптимальный регулятор управления ГЭУ с униполярными машинами.

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались инструменты теории автоматического управления, теории оптимального управления, теории динамических систем, теории электрических цепей, теории магнитных цепей и теории электрических машин. При исследовании применен следующий аппарат: векторное и матричное исчисления, дифференциальное исчисление, методы прикладной математики, методы оптими-

зации. Анализ математических моделей и численная и графическая реализация выполнены с использованием ЭВМ с применением пакетов математического программного обеспечения: Simulink (приложение ПО MatLab), MathCAD, Maple.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и были изложены в трудах на следующих конференциях: Основные результаты работы обсуждались и были изложены в трудах на следующих конференциях:

Международная конференция «Современная наука: актуальные проблемы и пути решения», (Липецк - 2014 г.); Ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова. (Санкт-Петербург - 2017 г.); Научно-методической конференции «95 лет отечественной школе электропривода» (Санкт-Петербург - 2017 г.); Международного симпозиума «Надежность и качество» (Пенза - 2017 г.); X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2018 (Новочеркасск - 2018 г.); Национальной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»,(Санкт-Петербург - 2018 г.); Научно-методической конференции «Инновационные технологии в области электропривода и электрооборудования» (Санкт-Петербург - 2018 г).

К реализации отдельных результатов работы относятся использование результатов исследований при создании технических проектов по созданию современных СЭЭС с ГЭУ в Филиал «Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии» ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (филиал «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «КГНЦ»).

Положения работы включены в программу перспективного развития судовой отрасли.

Публикации. Основные положения и результаты работы представлены в 14 изданиях, в том числе 4 из них опубликованы в издании, рекомендован-

ном ВАК. Получен один патент на полезную модель за № 2474946 РФ, МПК Ш2Ю1/02.

Объем и структура работы. Данная диссертационная работа имеет следующий состав: введение, пять глав, заключение и список используемой литературы. Работа представлена на 139 страницах основного текста с приложением, в своем составе содержит 60 рисунков и 2 таблицы. Состав списка использованных источников включает 117 наименования и занимает 15 страниц.

1 АНАЛИЗ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГРЕБНЫХ УСТАНОВОК И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Обоснование актуальности применения оптимального управления в

гребных электрических установках

Судовая гребная установка - это система, образованная тепловым двигателем, движителем и системой сопрягающей эти элементы. Одной из самой распространенной и простой технологией передачи момента силы от первичного теплового двигателя к исполнительному устройству (движителю) является прямое соединение валопроводом.

Однако если распределение и передача энергии к движителю осуществляется через энергосистему, состоящую из генератора электрической энергии, преобразователей и электродвигателей, управляемость и маневренность судна возрастает. Успешная разработка и освоение новых видов источников электроэнергии, основанных на прямом преобразовании химической, тепловой и ядерной энергии в электрическую, применение сверхпроводящих материалов и криогенной техники, а также новых типов движителей, использующих электроэнергию, открывают перспективы к значительному расширению области применения систем электродвижения [4, 9, 15, 18, 19, 20, 80, 88, 91, 100, 103, 108, 113].

С другой стороны, увеличение строительства судов специального назначения: исследовательских, рыбопромысловых судов, ледоколов, судов активного ледового плавания, плавучих баз и мастерских, судов технического и вспомогательного флота (земснаряды, кабелеукладчики, плавкраны) пробуждает интерес к судам с системой электродвижения. Как уже было сказано, основным отличием режима работы этих судов является частая смена режимов движения, периодическое сочетание режимов маневрирования и продолжительные стоянки. В этом случае к ГЭУ предъявляются особые требования к

обеспечению маневренности и эффективности работы судна в меняющихся режимах и условиях плавания [2]. Помимо этого, появляется необходимость обеспечения электроэнергией одновременно большого количества различных потребителей.

В итоге наиболее эффективным и целесообразным типом силовой установки для судов специального назначения считается гребная электрическая установка. Таким образом, электрическая передача является наиболее прогрессивным видом передачи энергии на судах, и входит в наиболее перспективные разработки у иностранных и российских специалистов.

Основные достоинствами передачи энергии к движителю через электроэнергетическую систему судна следующие:

- Возможность создания установки большой мощности за счет использования работы нескольких генераторов на один гребной электродвигатель (ГЭД) и или использование нескольких ГЭД;

- Простота и рациональность размещения и распределения оборудования ГЭУ за счет отсутствия прямой механической связи между первичным тепловым двигателем и винтом, что дает преимущества: уменьшение длины валопровода, оптимальное размещения масс по судну (дизель-генераторы размещаются в носовой части, распределяющее оборудование в средней части, ГЭД в корме), двух и несколько ярусное расположения агрегатов и машин, и т.п.

- Применение высокоскоростных нереверсивных дизелей, паровых и газовых турбин, которые имеют более высокие экономические показатели в плане расхода топлива, меньшую стоимость и массогаба-ритные показатели в сравнении с тихоходными тепловыми двигателями.

- Работа первичных тепловых двигателей в наиболее благоприятных и экономичных режимах (поддержание скорости вращения в районе номинальной и ограничение или постоянный момент при перегрузках за счет регулирования и поддержания постоянства мощности).

- Обеспечение различных режимов электроснабжения (ходовых или маневровых) при оптимальной загрузке генераторных установок, за счет этого, больший КПД при минимальном расходе топлива.

- Применение гребных винтов с наилучшим КПД.

- Большой диапазон регулирования и как следствие более высокие маневровые свойства.

- Возможность осуществления автоматического регулирования или ограничения мощности установки. Например, способность обеспечения автоматического изменения скорости винта для поддержания необходимого хода при изменениях момента сопротивления.

- Возможность использования полной мощности при заднем ходе.

- Ограничение момента на валу электродвигателя при внезапных ударах или заклинивании винта.

- Высокий КПД электрических машин и преобразователей.

- Полное устранение вибраций и ударов с гребного винта на тепловые двигатели.

- Обеспечение быстрого изменения скорости вращения и ускорения гребного винта, что является важным фактором при выполнении маневра.

Помимо достоинств, ГЭУ имеет и следующие недостатки:

- В номинальных режимах полного хода меньшая экономичность по сравнению с прямой передачей момента.

- Более высокие требования к квалификации обслуживающего персонала, за счет применения сложного электротехнического оборудования.

- Дополнительные элементы системы (электрические преобразователи энергии, механические преобразователи, коммутационное и распределительное оборудование и т.д.).

- Большие массогабаритные показатели тихоходных гребных электродвигателей.

- Более высокая стоимость ГЭУ.

Совершенствование технологий электродвижения идет по пути повышения энергетической эффективности, а также уменьшения габаритов и веса электрооборудования при сохранении требуемых эксплуатационных качеств.

В отрасли современного отечественного и мирового судостроения происходит непрерывный рост мощности электрических установок. В общем числе современных судов преобладает доля судов с едиными электроэнергетическими системами электродвижения, т.е. систем в которых объединены одной энергосистемой главные генераторы, гребные электродвигателя и потребители общесудовой сети, и судовых вспомогательных механизмов [31]. В итоге, система с электродвижением является наиболее прогрессивной технологией передачи энергии на судах в нашей стране и за рубежом.

Рассмотрим распределение потерь энергии при её передаче от первичного двигателя к движителю (рисунок 1.1). Природа потерь энергии в канале её преобразования дизель-генератор-двигатель достаточно разнообразна. Приведем основные слагаемые этих потерь.

ГРЕБНАЯ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Энергия сгорания (расход топлива)_

Потери

1606.. 1770 кВт

Дизель: 40.. 50%

1147.. 1180 кВт

Генератор: э..6%

1092..1113 кВт

>

Преобразователи: 4..5%

1050.. 1060 кВт

ГЭД: 5..6%

1000 кВт

Мощность на винте

Потери: 60..77%

Рисунок 1.1 - Распределение потерь энергии в ГЭУ при её передаче от первичного двигателя к движителю

В дизеле происходит преобразование теплоты сгорания, которое непосредственно связано с расходом топлива, в механическую энергию вращения вала. Коэффициент полезного действия дизельного двигателя составляет порядка 40^50%. Потери энергии в электрических машинах составляют порядка 5^6%. При преобразовании энергии в ГЭУ используются электрические преобразователи, как в схеме главного тока, так и в системе возбуждения. Коэффициент полезного действия в современных статических преобразователях составляет порядка 95^96%, потери в этом случае составляют 4^5%. Потери энергии в электрических элементах электродвижения уменьшаются с ростом мощности.

На рисунке 1.1 приведены потери энергии в системе электродвижения мощностью 1000 кВт. Из рисунка видно, чтобы передать на винт мощность равную 1000 кВт необходимо затратить около 1606^1770 кВт. Общие потери

энергии при её передаче от первичного двигателя к движителю в ГЭУ достигают порядка 70% от произведенной энергии сгорания топлива.

Таким образом, для улучшения показателей ГЭУ необходимо совершенствование и разработка новых технологий при управлении и передачи энергии от первичного теплового двигателя к винту (движителю), поэтому энергосберегающее оптимальное управление по критерию минимума потерь является актуальной проблемой.

1.2 Обоснование перспективности гребных электрических установок с

униполярными машинами

В этом параграфе представлены, рассмотрены и проанализированы различные виды и конструкции электромеханических преобразователей, которые используются при построении гребных электрических установок, даны количественные оценки их показателей качества. Обосновывается целесообразность применения униполярных электрических машин.

При построении ГЭУ структура определяется родом тока используемых электрических машин. Выбор типа электрической машины в ГЭУ, зависит от множества различных факторов. Среди них массогабаритные показатели, КПД, расположение, мощность ГЭД, энергетическая эффективность установки, частота вращения генератора, ГЭД, винта и т.д.

В качестве ГЭД в настоящее время на судах применяются электромеханические преобразователи практически всех типов электрических машин: асинхронные, синхронные, реже электрические машины постоянного тока. Так же применяют в новых разработках реактивные и униполярные электрические машины. По электрическим параметрам используют электрические машины низкого и высокого напряжения как постоянного, так и переменного тока, как высокооборотные, так и низкооборотные. По конструкции могут быть выполнены погружными и непогружными.

При выборе двигателей необходимо учитывать множество факторов. При этом не всегда проявляется однозначное решение, в большинстве случаев проводят упрощения и отбрасывают факторы, не поддающиеся анализу.

В начале развития систем электродвижения в ГЭУ применялись электроустановки постоянного тока. Так как при отсутствии подходящих силовых электрических преобразователей данный тип удовлетворял жестким требованиям эксплуатации.

Основным техническим недостатком машин постоянного тока является наличие коллекторно-щеточного аппарата, который помимо усложнения конструкции машины и обслуживания ограничивает максимальную мощность электрических машин из-за ограничения значений напряжения между коллекторными пластинами и ограничении допустимых окружных скоростей.

При современном развитии систем электродвижения все большее применение получают электроустановки переменного тока. Достоинствами электрических машин переменного тока, как известно, являются надежность, простота конструкции, хорошие массогабаритные показатели, достаточно высокий КПД, низкая стоимость и т.д. Массогабаритные показатели ГЭУ переменного тока в ряде случаев могут быть меньше чем установки с прямой передачей, особенно турбозубчатых и дизель-редукторных установок, а КПД их может быть незначительно ниже последних [39].

Двигатели переменного тока с полупроводниковыми транзисторными преобразователями частоты по своим регулировочным характеристикам не уступают двигателям постоянного тока, до недавнего времени наиболее используемого типа ГЭД в системах электродвижения судна. И если раньше к серьезному недостатку электропривода переменного тока относили сложность в управлении, а так же снижение показателей качества электроэнергии корабельной сети, то на сегодняшний день за счет применения новой силовой преобразовательной техники и микропроцессорных систем управления этот недостаток значительно уменьшил эту проблему.

Системы с преобразователями частоты успешно применяются в ГЭУ до уровней мощности порядка 3 МВт. При большей мощности установки система распределения и преобразования энергии становится громоздкой, требуется распределение и дробление мощностей двигателей и преобразователей.

Следует отметить, что проблема создания универсальных, качественных и эффективных ГЭУ переменного тока до сих пор окончательно не решена. Поэтому по настоящее время в ГЭУ применяются практически все типы машин. Такое многообразие систем электродвижения не случайно оно объяснялось поисками оптимальной системы. Тем не менее, следует отметить, что основными показателями качества ГЭУ практически для всех типов судов являются: надежность, массогабаритные показатели, экономичность и простота обслуживания. Создание же установок на базе электрических машин одного типа приводит к унификации установок различных типов судов, снижению первоначальной стоимости и эксплуатационных расходов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Румянцев Алексей Юрьевич, 2020 год

// и /

//

и $

// /

01 23456789 10

"ПтесЯэеС О

Рисунок А. 10 - Переходные характеристики потерь гребной дизель-электрической установки с униполярными машинами при пуске до скорости Ю7=0.8 в швартовном режиме (БР-потери при раздельном управлении, ПР1--потери при оптимальном управлении)

:.е :.е ал

с

«о, мсг.у:

: у0 ;

■ - 'Т1-—! ' - -——

МсБ

/ У

У2, 35111

—---

^ Р8И2 А.-'

1

:.е :.е ал

с

-.5

рЕ|М1,)И

121, у2

^У2

и ■

1

:.е :.е ал в.2 о

А . <' " ;

МсУ.....

Т1пе пПЬеи ■]

Рисунок А. 11 - Переходные характеристики переменных состояния гребной дизель-электрической установки с униполярными машинами при пуске до скорости Ю7 = 0,8 в швартовном режиме при оптимальном управлении

л1 чес.у:

------

\МсБ

>2, ранг

—- — ,

У/

..........................х2

г/\ р8112

......Г :

Я5134, 14

-рБ134

И.

МеУ, *

^^ w МсУ