Вопросы электромагнитной совместимости на судах с электродвижением и единой электроэнергетической установкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Умяров Дамир Вафиевич

• Умяров Дамир Вафиевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Умяров Дамир Вафиевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СИЛОВЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ С ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

1.1 Общие сведения

1.2 Системы переменно-постоянного тока. Общие сведения

1.2.1 Описание системы электродвижения морского транспорта мощностью 5,5 МВт

1.2.2 Разработка модели синхронного генератора

1.2.3 Разработка модели трехобмоточного трансформатора

1.2.4 Разработка модели трехфазного управляемого тиристорного выпрямителя

1.2.5 Оценка влияния работы системы электродвижения на параметры электроэнергии судовой сети морского транспорта мощностью 5,5 МВт

1.3 Системы переменно-переменного тока. Общие сведения

1.3.1 Разработка модели преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и двухуровневым инвертором в составе системы электродвижения

1.3.2 Описание системы электродвижения буксира-спасателя мощностью 4 МВт

1.3.3 Исследование влияния работы системы электродвижения буксира-спасателя мощностью 4 МВт на параметры электроэнергии судовой сети

Выводы

2 МНОГОУРОВНЕВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ

2.1 Многоуровневые автономные инверторы. Общие сведения

2.2 Разработка модели инвертора напряжения

2.2.1 Разработка системы управления инвертором

2.2.2 Разработка модели трехуровневого инвертора напряжения

2.2.3 Разработка модели гребного электродвигателя

2.2.4 Разработка модели многообмоточного трансформатора

2.3 Разработка алгоритма управления многоуровневым инверором

2.4 Результаты расчёта кривых тока, напряжения, ТНО

2.4.1 Оценка влияния многоуровневого ПЧ на питающую сеть

2.4.2 Оценка влияния многоуровневого преобразователя частоты на двигатель

Выводы

3 МНОГОКАСКАДНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ

3. 1 Описание схем многокаскадных преобразователей частоты

3.2 Особенности проектирования согласующего трансформатора в системах электродвижения с каскадным преобразователем

3.3 Разработка модели многообмоточного трансформатора для каскадного преобразователя

3.4 Разработка модели инверторной ячейки

3. 5 Разработка системы управления транзисторами

3.6 Разработка алгоритма управления каскадным преобразователем

3.7 Результаты расчёта кривых тока, напряжения, ТНО

3.7.1 Оценка влияния ПЧ на качество электроэнергии в питающей сети

3.7.2 Оценка влияния каскадного ПЧ на гребной электродвигатель

3.7.3 Расчет коэффициента искажения

Выводы

4 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С АКТИВНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ

4.1 Описание активного выпрямителя

4.2 Описание системы электродвижения ледокола мощностью 7 МВт

4. 3 Составление расчетной модели

4.4 Эквивалентирование основных источников электроэнергии

4. 5 Анализ полученных данных

4.5.1 Результаты расчета несинусоидальности токов и напряжений по разработанной математической модели

4.5.2 Результаты стендовых испытаний

Выводы

4.6 Сравнительная оценка систем электродвижения различных структур и различными типами преобразователей

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение 1 Электромеханические процессы в ГЭУ морского транспорта мощнстью 5,5 МВт

Приложение 2 Электромеханические процессы ГЭУ буксира-спасателя мощностью 4 МВт

Приложение 3. Особые режимы работы ГЭУ

Приложение 4. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вопросы электромагнитной совместимости на судах с электродвижением и единой электроэнергетической установкой»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения качества электроэнергии судовой распределительной сети при работе мощных статических преобразователей является актуальной. Эта проблема всесторонне рассмотрена многими авторами [1], [2], [3], [10], [17], [19], [21], [34], [40], [42], [43], [55],[61]. Проблема особо актуальна для автономных электроэнергетических систем судов. Опыт эксплуатации электроэнергетических систем судов с электродвижением показывает, что, несмотря на принимаемые меры, полностью избежать негативного влияния мощных статических преобразователей на качество электроэнергии судовой сети не удаётся.

Статические преобразователи используются в системах электродвижения судов, электроприводах механизмов и систем, технологических комплексах.

Мощность статических преобразователей в таких системах близка к мощности генераторов электростанции судна. Руководящими документами предписывается выполнять оценку несинусоидальности кривой напряжения судовой сети, если суммарная мощность, потребляемая статическими преобразователями, превышает 5 % от суммарной полной мощности генераторов [52].

Несинусоидальность потребляемого тока приводит к возникновению на им-педансах сети и синхронных генераторов падений напряжения, которые искажают форму напряжения сети. Степень искажения напряжения СЭЭС определяется мощностью статических преобразователей, их схемой, индуктивным сопротивлением генератора и сети высшим гармоникам, глубиной регулирования напряжения и др.[5], [6], [7], [63], [66], [69], [67].

Наличие высших гармоник в напряжении судовой сети негативно сказывается на работе, как источников, так и потребителей электроэнергии [6], [24], [25], [31], [39]. В электрических машинах высшие гармоники вызывают дополнительные потери, что приводит к повышению общей температуры и местным нагревам. В кабельных линиях высшие гармоники приводят к ускорению процесса старения изоляции и дополнительным потерям в линиях. Под действием высших гармоник

может быть нарушена нормальная работа систем защиты и автоматики, возникать ложные срабатывания, сбои в работе устройств синхронизации и автоматического распределения нагрузки. Негативно воздействуют высшие гармоники и на сами статические преобразователи, ухудшаются условия коммутации, возникают сбои в системе управления, что может увеличивать пульсации на стороне выпрямленного тока.

В связи с этим вводятся ограничения величины коэффициента нелинейных искажений [53], [22].

Существующие способы снижения нелинейных искажений предполагают применение как схемных или структурных решений, так и различных устройств подавления высших гармоник. В частности используются: вольтодобавочные устройства, сетевые дроссели и фильтры, дроссели постоянного тока, резонансные и синусные фильтры [24], [63], [55], [66], [11]. Основным недостатком перечисленных средств являются их значительные массогабаритные показатели и высокая стоимость. Не все они могут быть использованы в электроприводах большой мощностью с напряжением питающей сети 3 кВ и более.

Стремление снизить отрицательное влияние на сеть полупроводниковых преобразователей привело к усложнению их схемных решений.

В настоящее время широкое распространение получают многоуровневые и многокаскадные преобразователи частоты [32], [58], [56]. Данный класс многоуровневых преобразователей основан на последовательном соединении однофазных Н-мостовых ячеек.

Новые возможности энергосбережения и улучшения электромагнитной совместимости преобразователей с питающей сетью открывают электроприводы переменного тока с активным выпрямителем.

К ведущим корпорациям, работающим в данном направлении, можно отнести: ABB, Danfoss, General Electric, Mitsubishi Electric, Robicon. Одно из основных

преимуществ многоуровневого преобразователя такого исполнения состоит в

5

возможности масштабирования рабочего напряжения и мощности с помощью соединения определенного количества ячеек.

В России этими вопросами занимаются организации: КГНЦ (г. Санкт-Петербург), МЭИ (г. Москва), УПИ (г. Екатеринбург), НГТУ им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород), АО «КБ Вымпел» (г. Нижний Новгород), ВГАВТ (г. Нижний Новгород), ООО НПП «ЭКРА» (г. Чебоксары), АО «ЧЭАЗ» (г. Чебоксары).

В этой области выполнено множество работ известными учёными: Альтшул-лер М.И. [4], Веретенников Л.П. [15], Краснов В.В, Мещанинов П. А., Мещанинов А.П. [36], Титов В.Г. [57], Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. [28], Горюнов В.Н. [20], Лоскутов А.В. [41], Вагин Г.Я. [12], [13], [14], Пронин М.В.[49], Карташев И.И., [33], Shakweh, Y., Lewis, E.A. [71], Paice, Derec A. [69], Шрейнер Р.Т. [64].

Однако, несмотря на большое разнообразие предлагаемых технических решений, подавляющее их большинство предназначено для снижения нелинейных искажений в промышленных сетях и в них не учитывается специфика автономных электростанций и в частности судовых ЭЭС. Особенностью судовых ЭЭС является соизмеримость мощностей полупроводниковых преобразователей и генераторов электроэнергии, использование трёхпроводной или четырёхпроводной систем с изолированной нейтралью. Кроме того, СЭЭС работают при постоянно меняющейся нагрузке, что сопровождается отклонением параметров питающей сети от номинальных значений [9], [63], [38].

Целью диссертационной работы является разработка структур построения и методов расчета электромагнитной совместимости систем электродвижения судов, базирующихся на современных полупроводниковых преобразователях и отличающихся соизмеримостью мощностей источника питания и потребителя.

Цель определяет следующие задачи исследования:

- исследование особенностей построения гребных электроустановок с полупроводниковыми преобразователями и единой электроэнергетической системой;

- обоснование применения многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты с целью улучшения качества напряжения в судовой электроэнергетической системе;

- разработка математической модели многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты в составе систем электродвижения судов;

- исследование работы СЭЭС с многоуровневыми и многокаскадными преобразователями частоты в составе систем электродвижения судов;

- рассмотрение вопросов практической реализации многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты в СЭЭС;

- разработка математической модели преобразователей частоты с активным выпрямителем в составе систем электродвижения судов;

- исследование работы СЭЭС с преобразователями частоты с активным выпрямителем в составе систем электродвижения судов в статических и динамических режимах.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: аналитические методы теории систем автоматического регулирования, электрических машин переменного и постоянного тока; классический математический аппарат преобразования алгебраических уравнений в комплексной форме и векторном отображении; анализ, сравнение, классификация; средства имитационного компьютерного моделирования; разложение в ряд Фурье.

Связь диссертации с научно-техническими программами.

Работа выполнялась в рамках:

- Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» при разработке проекта электроэнергетической системы с систе-

мой электродвижения судна проекта 00902 научно-исследовательского ледокола для комплексных геофизических исследований;

- Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» при разработке проекта электроэнергетической системы с системой электродвижения судна проекта 00801 универсального ледокольного судна снабжения;

- договора № 15/2332 от 30.09.2015г. НИР на тему «Исследование и оценка электромагнитной совместимости электроприёмников в судовых энергетических системах».

Научная новизна. Основные научные результаты работы заключаются в следующем:

- разработана концепция построения систем электродвижения судов с высоким ледовым классом;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы большой мощности на основе эквивалентного генератора, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-постоянного тока на базе управляемого выпрямителя и двигателя постоянного тока, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе многоуровневого преобразователя частоты, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе многокаскадного преобразователя частоты, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- разработана математическая модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения, позволяющая исследовать нелинейные искажения напряжения в различных режимах её работы;

- синтезирована структура устройства управления силовыми вентилями многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в:

- разработке комплекса имитационных моделей в пакете Matlab Simulink, позволяющих исследовать СЭЭС с различными типами статических преобразователей в составе гребной электроустановки судна;

- разработке схемы и определения параметров устройства управления силовыми вентилями многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты в составе гребной электроустановки судна;

- разработке моделирующей программы для ЭВМ, позволяющей рассчитывать коэффициент нелинейных искажений;

- на основании разработанной математической модели судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-постоянного тока на базе управляемого выпрямителя и двигателя постоянного тока была спроектирована электроэнергетическая установка мор-

ского сухогрузного транспорта мощностью 5,5 МВт, судно построено и сдано в эксплуатацию;

- на основании разработанной математической модели судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения была спроектирована электроэнергетическая установка морского буксира-спасателя мощностью 4 МВт, судно построено и сдано в эксплуатацию;

- на основании разработанной математической модели судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе многокаскадного преобразователя частоты была спроектирована электроэнергетическая установка линейного дизель-электрического ледокола мощностью 25 МВт, судно построено;

- на основании разработанной математической модели судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения была спроектирована электроэнергетическая установка морского ледокола мощностью 7 МВт, судно построено и сдано в эксплуатацию.

Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы автором:

- при проектировании морского сухогрузного транспорта мощностью 5,5 МВт; судно построено на судоремонтном заводе «Нерпа» и сдано в эксплуатацию;

- при проектировании морского буксира-спасателя мощностью 4 МВт; судно построено на Хабаровском судостроительном заводе и сдано в эксплуатацию;

- при проектировании линейного ледокола мощностью 25 МВт; судно построено на заводе «Балтийский завод»;

- при проектировании ледокола мощностью 7 МВт; судно построено на заводе «Адмиралтейские верфи» и сдано в эксплуатацию;

- в учебном процессе ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» при подготовке бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» в рамках дисциплины «Судовые энергетические установки».

В работе автор защищает:

- математическую модель многоуровневого и многокаскадного преобразователей частоты в составе СЭЭС;

- математическую модель и структуру устройства управления силовыми вентилями многоуровневых и многокаскадных преобразователей частоты в составе гребной электроустановки судна;

- математическую модель судовой электроэнергетической системы с гребной электроустановкой переменно-переменного тока на базе преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения;

- моделирующую программу для ЭВМ, позволяющую измерять коэффициент нелинейных искажений напряжения.

Публикации и апробация работы:

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 работы в журналах, реферируемых ВАК и ведущих рецензируемых журналах.

Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях:

- XV-XVI молодёжных научно-технических конференциях «Взгляд в будущее», Санкт-Петербург;

- межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА РОССИИ», Санкт-Петербург;

- XV-XVI Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Нижний Новгород.

Объём и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка литературы из 71 наименований. Основная часть диссертации изложена на 150 страницах, содержит 145 рисунков и 36 таблиц. Список используемых источников включает 71 наименование, 12 страниц приложений.

1 СИЛОВЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ С ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

1.1 Общие сведения

Проектирование энергетической, гребной и системы управления на судне подверглось значительным изменениям и усовершенствованиям за сравнительно небольшой период времени. Благодаря быстро расширяющимся возможностям компьютеров, микропроцессоров и коммуникационных сетей интеграция систем, которые традиционно были обособленными, в настоящее время является не только допустимой, но и быстро становится промышленным стандартом. Возрастающая потребность в судах с резервной гребной установкой и судах с динамическим позиционированием класса 2 и класса 3 требует резервирования в совокупности с физическим разделением. Объединение разных систем на судне становится всё в большей и большей степени комплексным, все больше объединяя усилия в рамках проектирования, инжиниринга и строительства судна [67].

На Рис. 1-1 показана однолинейная схема электроэнергетической системы судна. Традиционно в составе электроэнергетической системы судна принято выделять составные части:

- производство электроэнергии;

- распределение электроэнергии;

- электроприводы с регулируемой частотой вращения;

- электрическая гребная установка/подруливающие устройства.

В свою очередь электрические гребные установки и регулируемые привода разделяются на:

- системы переменно-постоянного тока;

- системы переменно-переменного тока.

ное устройство, Тр-трансформаторы (В-возбуждения, СН-собственных нужд судна) ПЧ-преобразователь частоты, ГЭД-гребной электродвигатель, НПУ-носовое подруливающее устройство, ПрБ-правый борт, ЛБ-левый борт

Рис. 1-1 Однолинейная схема электроэнергетической системы судна

Гребные электроустановки с газовыми турбинами или дизельными двигателями в качестве первичных источников электроэнергии используются на сотнях судов различных типов и имеют множество конфигураций.

В настоящее время электрические гребные установки применяются преимущественно на следующих типах судов: круизные суда, паромы, буровые суда с системой динамического позиционирования, плавучие нефтедобывающие платформы, танкеры, кабелеукладочные суда, трубоукладчики, ледоколы [54] и другие ледоходные суда, суда снабжения и военные корабли. Также в настоящее время проводятся исследования и оценка возможности использования электрических гребных установок в проектировании новых судов для существующих и новых областей применения [48].

Классификационная структура систем электродвижения показана на Рис. 1-2.

Рис. 1-2 Классификационная структура статических преобразователей в системах

электродвижения судов

Характеристики электрической гребной установки, обуславливающие преимущества их применения на данных типах судов:

- легкие высоко/среднеоборотные дизельные двигатели;

- меньшее занимаемое пространство и более удобное использование бортового пространства увеличивают полезную грузоподъемность судна;

- свобода в размещении движителей и двигателей, так как передача электроэнергии осуществляется по гибким кабелям и взаимное расположение первичного двигатели и движителя не зависит от геометрии валовой линии;

- улучшенная маневренность за счёт использования азимутальных рулевых устройств или гребного электродвигателя в подвесной гондоле;

- низкая стоимость эксплуатации за счёт снижения расхода топлива и упрощения обслуживания, особенно при широком диапазоне нагрузок. Например, для многих судов с системой динамического позиционирова-

ния часто модель эксплуатации одинаково разделена между ходом судна и операциями по позиционированию/маневрированию;

- сниженная чувствительность к повреждениям в системе и возможность оптимизировать нагрузку на первичные двигатели (дизельный двигатель или газовую турбину);

- меньше шума и вибрации от гребной установки, так как вращающиеся валопроводы более короткие, первичные двигатели работают на фиксированных оборотах, и использование гребного винта тянущего типа дает меньше кавитации благодаря более равномерному потоку воды.

Данные преимущества должны быть взвешены с учётом отрицательных сторон электрической гребной установки, таких как:

- увеличение финансовых расходов. Однако это постоянно является предметом для пересмотра, так как затраты имеют тенденцию к сокращению вместе с увеличением количества производимых электроустановок;

- дополнительные компоненты (электрооборудование - генераторы, трансформаторы, приводы и моторы/механизмы) между первичным двигателем и гребным винтом увеличивают потери на передачу при полной нагрузке;

- большое количество оборудования нового типа требует другой стратегии управления, комплектования личным составом и обслуживания.

Статические полупроводниковые преобразователи параметров электроэнергии для регулирования скорости электродвигателей применяются в промышленности в течение многих десятилетий. Использование мощных полупроводниковых преобразователей началось с 1960-х годов. Вначале электродвигатели постоянного тока были самой подходящей альтернативой для управления пропульсив-ной установкой, но в течение 1980-х годов регулируемый электропривод с электродвигателем переменного тока стал доступным в промышленности и конкурентоспособным с коммерческой точки зрения. С тех пор почти все поставщики

электрических гребных установок используют одну из топологий привода переменного тока.

Существуют следующие типы статических преобразователей для управления скоростью электродвигателей (см. Рис. 1-2):

- преобразователи постоянного тока или управляемые выпрямители для электродвигателей постоянного тока;

- автономные инверторы напряжения для электродвигателей переменного тока, обычно для асинхронных электродвигателей;

- автономные инверторы тока для электродвигателей переменного тока, обычно для синхронных двигателей;

- циклоконверторы для электродвигателей переменного тока, обычно для синхронных двигателей.

Преобразователь постоянного тока является самым простым и легким для понимания, тогда как другие имеют более сложную конфигурацию, но основанную на почти тех же самых строительных блоках, что и преобразователь постоянного тока [67].

Искажение форм кривых токов и напряжения питания, имеющее место при использовании преобразователей различного вида, может привести к:

- ускоренному старению изоляционного материала;

- увеличенным потерям энергии от гармонических токов в оборудовании, подключенном к сети, таком как генераторы, электродвигатели, трансформаторы, кабели и т.д., может вызывать перегрев и разрушение изоляции и снизит срок службы оборудования;

- перегрузка электронного оборудования (увеличенный ток нагрузки электронного оборудования, которое рассчитано на синусоидальное напряжение, может вызвать перегрев и нарушение работы данного оборудования);

- нарушение работы (искаженный сигнал может вызвать электромагнитные помехи или привести к неточным сигналам измерения, если оборудование не рассчитано на фактическое искажение. Особенно необходимо, чтобы системы измерения контрольных и защитных устройств изготавливались для измерений точного среднеквадратического значения для правильного функционирования).

Правила и инструкции обычно устанавливают нормы и требования, которые ограничивают гармоническое искажение в судовой сети. Однако данные ограничения не гарантируют правильного функционирования. Тем не менее, необходимо уметь прогнозировать гармоническое искажение, оценивать влияния и контролировать искажение напряжения с помощью соответствующих средств и не допускать функциональные неисправности в течение всего срока службы установки.

На этапе проектирования судов требуется проверить соответствие системы электродвижения требованиям, предъявляемым Российским морским регистром судоходства. В настоящее время для этого используются математические компьютерные модели. Математические модели позволяют провести количественную и качественную оценку работы ГЭУ, а в ряде случаев сопоставить результаты моделирования с данными, полученными на существующих образцах альтернативных систем. Суда с электродвижением представляют собой сложные и дорогостоящие комплексы, включающие в себя множество различных систем и механизмов. В связи с этим можно сказать, что моделирование ГЭУ на стадии проектирования является перспективным методом анализа функционирования системы в различных режимах. Это позволяет уменьшить материальные затраты при проектировании. Моделирование также дает возможность опробовать и отработать новые технические решения без создания прототипов.

Одной из важнейших характеристик системы электродвижения является электромагнитная совместимость установки с судовой сетью. Согласно требова-

ниям РМРС коэффициент гармонических искажений напряжения не должен превышать 10%. [53]

уте и2 . Л.п=2 ип

ТНБи = *--100%,

(1.1)

где ис - действующее напряжение сети; ип - напряжение гармонической составляющей п-го порядка; п - порядок высшей гармонической составляющей.

Для проверки ГЭУ различных схем на соответствие этим требованиям целесообразно использовать имитационное моделирование.

1.2 Системы переменно-постоянного тока. Общие сведения

Достигнутый уровень техники преобразования переменного тока в постоянный позволяет создавать электрические гребные установки практически любых мощностей с сохранением ряда их достоинств, как на постоянном, так и на переменном токе. ГЭУ, в которых синхронные генераторы приводятся во вращение с постоянной скоростью первичными двигателями, а гребные винты - двигателями постоянного тока, получающими питание от этих генераторов через полупроводниковые выпрямителя, носят название «ГЭУ двойного рода тока».

Особенности единых электроэнергетических систем судов с электродвижением переменно-постоянного тока, как с электромашинными преобразователями, так и с полупроводниковыми рассмотрены в [37].

Применение установок этого типа улучшает качество всей электроэнергетической установки судна, снижает её весогабаритные и повышает технико-экономические показатели. Кроме того, внедряются системы автоматизации для повышения качества статических и динамических характеристик.

Системы переменно-постоянного тока обладают благоприятными возможностями для:

- использования высокоэкономичных, высокоскоростных первичных двигателей большой мощности;

- обеспечения большой надёжности схемы ГЭУ и увеличения её КПД, благодаря использованию генераторов переменного тока (следует также отметить удобства их эксплуатации и ремонта);

- работы с любым числом первичных двигателей и генераторов на ГЭД;

- автоматического изменения в широком диапазоне момента ГЭД при неизменных значениях скорости вращения и мощности первичных двигателей;

- отбора мощности от шин электродвижения на шины собственных нужд.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Умяров Дамир Вафиевич, 2019 год

Список литературы

1. Агунов, А.В. Методология и принципы построения систем управления параметрами качества электрической энергии в судовых электроэнергетических системах с нелинейными элементами: диссертация доктора технических наук: 05.09.03. Санкт-Петербург : б.н., 2004.

2. Агунов, М.В. Энергетические процессы в электрических цепях с несинусоидальными режимами и их эффективность: диссертация доктора технических наук: 05.09.03. Тольятти : б.н., 2000.

3. Алатов, И.В. Многомодульный импульсный стабилизаор напряжения при питании от источника тока: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Красноярск : б.н., 2005.

4. Альтшуллер, М.И. Опыт разработки и внедрения систем плавного пуска высоковольтных электродвигателей переменного тока. Нефтяное хозяйство. 2006 г., 11.

5. Анисимов, Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках. Ленинград : Судостроение, 1983.

6. Анисимов, Я.Ф., Е.П. Васильев. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. Ленинград : Судостроение, 1990.

7. Анисимов, Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника: учебное пособие. Ленинград : Судостроение, 1979.

8. Анфимов, В.Н., Ваганов, Г.И., Павленко, В.Г. Судовые тяговые расчёты. Москва : Транспорт, 1970.

9. Баранов, А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: учебник для вузов. Санкт-Петербург : Судостроение, 2005.

10. Борисов, П.А. Совершенствование энергетических показателей электротехнических комплексов и систем с полупроводниковыми преобразователями: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Санкт-Петербург : б.н., 2005.

11. Булеков, А.П., [ред.]. Электротехническая совместимость электрооборудования автономных объектов. Москва : Энергоатомиздат, 1995.

12. Вагин, Г.Я. Исследование интергармоник, генерируемых специфическими приемниками. Актуальные проблемы электроэнергетики. 2011 г., 1.

13. —. Компенсация реактивной мощности в электрических сетях с нелинейными нагрузками. Актуальные проблемы электроэнергетики. 2010 г., 1.

14. —. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Нижний Новгород : НГТУ, 2004.

15. Веретенников, Л.П. Исследование процессов в судовых

электроэнергетических системах. Теория и методы. Ленинград : Судостроение, 1975.

16. Войткунский, Я.И., Першиц, Р.Я., Титов, И.А. Справочник по теории корабля. Судовые движители и управляемость. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. Ленинград : Судостроение, 1973.

17. Гапеенков, А.В. Анализ и разработка способов улучшения электромагнитной совместимости в автономных системах электроснабжения: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Москва : б.н., 1999.

18. Гельвер, Ф.А. Гребная электроэнергетическая установка с общими шинами постоянного тока. Судостроение. 2018 г., 2.

19. Голиков, В.А. Электротехнический комплекс для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии мощных однофазных электроприемников: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Нижний Новгород : б.н., 1999.

20. Горюнов, В.Н. Определение управляющего воздействия активного фильтра гармоник. Электро. 2009 г., 6.

21. Горяшин, Н.Н. Квазирезонансный стабилизатор напряжения: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Красноярск : б.н., 2005.

22. ГОСТ, РВ2090-004-208. Системы электроэнергетические корабельные. Общие технические требования. Москва : Стандартинформ, 2008.

23. Гофман, А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. Ленинград : Судостроение, 1988.

24. Грин, А.В. Филтрокомпенсирующие устройства для обеспечения электромагнитной совместимости в электротехнических комплексах с вентильной нагрузкой: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Санкт-Петербург : б.н., 1998.

25. Грунтович, Н.В. Анализ влияния высших гармоник на надежность эксплуатации кабельных линий. Материалы научно-технической конференции "Акутальные проблемы электроэнергетики ". Нижний Новгород : НГТУ, 2011.

26. Ефимов, А. А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока (теория, математическое моделирование, управление). Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Новоуральск : б.н., 2002.

27. Ефимов, А. А., Шрейнер Р.Т. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока/Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Р.Т. Шрейнера. Новоуральск : НГТИ, 2001.

28. Жежеленко, И.В., Саенко, Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. Москва : Энергоатомиздат, 2000.

29. Жемеров, Г.Г., Титаренко И.Г., Тугай, Д.В. Моделироване электропривода переменного тока с каскадным многоуровневым инвертором напряжения.

Электротехника и электромеханика. 2013 г., 2.

30. Жемеров, Г.Г., Ильина О.В., Крылов, Д.С., Тугай Д.В., Титаренко И.Г., Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Сопоставление преобразовательных систем высоковольтного частотно-регулируемого электропривода переменного тока.

Электротехника и электромеханика. 2013 г.

31. Запальский, В.Н. Влияние отклонения напряжения и частоты на качество электроснабжения морского подвижного объекта. б.м. : Вестник КДПУ им. М. Остроградского. Выпуск 3, 2009.

32. Исследование многоуровневых преобразователей частоты в составе автономного объекта. Самойлов, О.И. [ред.] В.Г. Титов. Нижний Новгород : НИУ РАНХиГС, 2016 г., Нижегородская сессия молодых ученых: сборник материалов XXI Нижегородской сессии молодых учёных.

33. Карташев, В.И. Управление качеством электроэнергии. Москва : Издательский дом МЭИ, 2006.

34. Кваснюк, А.А. Регулятор качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей: диссертация кандидата технических наук: 05.09.01. Москва : б.н., 2002.

35. Костылев, А.И., Сазонов, К.Е. Ледовые натурные испытания ледокола "Владивосток". Судостроение. 2016 г., 6.

36. Краснов, В.В., Мещанинов, П.А., Мещанинов, А.П. Основы теории и расчета электроэнергетических систем: моделирование для исследования специальных режимов: учебное пособие. Ленинград : Судостроение, 1989.

37. Кузнецов, Н.А., Куропаткин, П.В., Хайкин, А.Б., Хомяков, Н.М. Основы проектирования гребных электроустановок. Ленинград : Судостроение, 1972.

38. Кузнецов, С.Е. Техническая эксплуатация судового электрооборудования: учебно-справочное пособие. Москва : Проспект, 2010.

39. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях: перевод с англ. Москва : Додэка-XXI, 2008.

40. Лозовский, С.Е. Управление качеством электрической энергии в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности с применением виртуальных измерительных систем: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Санкт-Петербург : б.н., 2000.

41. Лоскутов, А.Б. Модель многоуровневого каскадного инвертора для компенсации реактивной мощности и мощности искажений в сетях с выпрямительной нагрузкой. Проблемы региональной энергетики. 2011 г., 2.

42. Мартинович, М.В. Анализ электромагнитных процессов и алгоритмов управления устройства компенсации неактивной электрической мощности: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Новосибирск : б.н., 2000.

43. Милавин, С. А., Умяров Д.В., Титов В.Г. Об особенностях проектирования электроэнергетической системы ледокола проекта 21900М. Морской вестник. 2015 г., 4(56).

44. Онищенко, Г.Б. Электрический привод: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования. Москва : Академия, 2013. ISBN 978-5-4468-0104-6.

45. ОСТ5Р.6181-81. Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета переходных процессов. 1981.

46. Петров, Г.Н. Электрические машины, ч.2, Асинхронные и синхронные машины. Москва : Госэнергоиздат, 1963. стр. 416с.

47. Полонский, В.И. Электродвижение судов. Москва : Транспорт, 1965.

48. Посадов, Д. А., Умяров Д.В., Титов В.Г. Сравнительный анализ систем электродвижения специального назначения. Морской вестник. 2014 г., 1(49).

49. Пронин, М.В. Активные фильтры высших гармоник. Направления развития.

Новости электротехники. 2006 г., 2(38).

50. Пронин, М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) /Под ред. Крутякова Е.А. Санкт-Петербург : Электросила, 2003.

51. Пронин, М.В., Воронцов А.Г., Улитовский Д.И., Горчакова И.А.

Математическая модель транзисторного асинхронного привода шахтного вагона с раздельным управлением правыми и левыми колесами. Электрофорум. 2001 г., 2.

52. РД5.6130-85. Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета коэффициента несинусоидальности кривой напряжения. 1985.

53. РМРС. Российский морской регистр судоходства, Правила классификации и постройки морских судов, часть 11 "Электрооборудование". Санкт-Петербург : б.н., 2017.

54. Романовский, В.В. Гребные электрические установки для арктических ледоколов. Морской вестник. 2015 г., 4(56).

55. Стрикос, Д.Л. Анализ и исследование нового класса силовых фильтров для трехфазных промышленных сетей 380 В: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. Москва : б.н., 2000.

56. Таранов, М.А., Корчагин, П.Т. Многоуровневые и каскадные инверторы.

Вестник аграрной науки Дона. 2013 г., 1(21).

57. Титов, В.Г. Многокаскадные преобразователи частоты в системах электродвижения судов. 2017 г.

58. Умяров, Д.В. Многоуровневые преобразователи частоты в системах электродвижения судов. Морской вестник. 2017 г., 3(63).

59. Умяров, Д.В. Энеретические показатели управляемых выпрямителей в составе гребных электроустановок переменно-постоянного тока. Морской вестник. Морской вестник, 2014 г., 4(52).

60. Умяров, Д.В., Катаев П.Ю. Реверс и разворот. К вопросу оптимального способа торможения судна, оборудованного винторулевыми колонками. Морской вестник. 2016 г., 2(58).

61. Черевко, А.И. Повышение качества электрической энергии в судовых электротехнических комплексах за счет применения преобразователей с трансформаторами вращающегося магнитного поля: диссертация доктора технических наук: 05.09.03. 2006.

62. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab. SmPowerSystems и Simulink. Москва : ДМК Пресс, 2007.

63. Шейнхович, В.В. Качество электрической энергии на судах. Ленинград : Судостроение, 1988.

64. Шрейнер, Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург : УРО РАН, 2000.

65. Эпштейн, В.И., Пронин М.В. Автономные электроэнергетические системы с асинхрон-ными генераторами, двигателями и транзисторными преобразователями. Электрофорум. 2001 г., 2.

66. АВВ. Коррекция коэффициента мощности и фильтрация гармоник в электроустановках. Серия инженера-конструктора. 2015.

67. Adnanes, Alf Kare. Maritime electrical installations and diesel electric propulsion. 2003.

68. Darly Sukumar, Vanaja Ranjan, Benjamin Justus Rabi. FLC Based Adjustable Speed Drives for Power Quality Enhancement. SERBIAN JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING. 2010 г., 7/2.

69. Paice, D.A. Power Electronic Converter Harmonics. б.м. : IEEE press, 1995.

70. Radan, D., Sorensen, A.J., Adnanes A.K., Johansen, T.A. Reducing power load fluctuations on ships using power redistribution control. Marine Technology. 2008 г., Т. 45, 3.

71. Shakweh, Y., Lewis, E.A. Assessment of medium voltage PWM VSI topologies for multi-megawatt variable speed applications. б.м. : IEEE, 1999.

Приложение 1 Электромеханические процессы в ГЭУ морского транспорта мощнстью 5,5 МВт

Нагрузка на валу ГЭД представлена на Рис. П.1-1. Кривая 1 - режим хода в свободной воде, кривая 2 - швартовный режим.

Рис. П.1-1 Характеристики нагрузки на валу ГЭД

I Е.

Рис. П.1-2 Переходный процесс в системе при пуске, реверсе и остановке ГЭД

(режим хода в свободной воде)

Приложение 2 Электромеханические процессы ГЭУ буксира-

спасателя мощностью 4 МВт

Характеристики нагрузки на валу гребного электродвигателя (ГЭД) представлены на Рис. П.1-1.

Расчет переходных процессов

На Рис. П.2-1 представлены переходные процессы в ГЭУ при пуске ГЭД в швартовном режиме. На рисунке использованы следующие обозначения:

Иа1, ИЬ1, Ис1

и(с1, и<!с2

ийсМах, ийсМт

1а1, 1а2,1Ь1,1Ь2,1с1,1с2

Ме Мс

шгг, шг, ш

токи первичной обмотки трансформатора; напряжения в звеньях постоянного тока; уставки срабатывания чоппера; токи фаз ГЭД; электромагнитный момент; момент сопротивления; заданная, заданная сглаженная и фактическая частоты вращения ГЭД;

Рис. П.2-1 Переходные процессы в ГЭУ при пуске ГЭД в швартовном режиме

13830347

Расчет аварийных режимов

Режим работы, предшествующий короткому замыканию: работают три ГДГ по 1500 кВт; ГЭД работает при номинальной нагрузке (1700кВт); судно идёт в свободной воде с номинальной скоростью.

КЗ на вторичной обмотке согласующего трансформатора.

На Рис. П.2-2 представлены переходные процессы в ГЭУ при трёхфазном КЗ вторичной обмотки трансформатора в режиме «ход в свободной воде» при номинальной мощности на валу ГЭД.

Рис. П.2-2 Переходные процессы в ГЭУ при трёхфазном КЗ вторичной обмотки

трансформатора 1

Приложение 3. Особые режимы работы ГЭУ

За последнее десятилетие по проектам КБ «Вымпел» было спроектировано и построено более десяти морских судов с винторулевыми колонками в качестве движителей. ВРК (винторулевые колонки) придают судну высокую управляемость даже на малых скоростях хода. Один из вопросов является предметом разногласий. Это вопрос, каким способом создавать тормозящий вектор тяги, разворотом ВРК или её реверсом. С точки зрения теории корабля, это способы равнозначные, если время, которое требуется для создания обратного вектора тяги у них одинаковое. Однако с точки зрения электропривода ВРК и систем машинной вентиляции, между этими вариантами большая разница [60].

Описание электропривода ВРК

Рис. П.3-1 показывает структурные схемы электроприводов ВРК. Вращающий момент для приводного фланца ВРК создаёт гребной электродвигатель ГЭД. В качестве ГЭД в большинстве случаев используются асинхронные одно- или двухобмоточные двигатели с короткозамкнутым ротором. Управление гребным электродвигателем осуществляется с помощью преобразователя частоты (ПЧ ГЭУ). ПЧ ГЭУ состоит из входного неуправляемого выпрямителя, звена постоянного тока и выходного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией (АИН с ШИМ).

а) б)

Рис. П.3-1 Структурные схемы электроприводов ВРК. а) электропривод без тормозного резистора; б) электропривод с тормозным резистором.

Преобразователь частоты позволяет обеспечить векторное управление электродвигателем. Это обеспечивает семейство механических характеристик (Рис. П.3-2).

Му .1/

Рис. П.3-2 Механические характеристики частотно-управляемого асинхронного

электродвигателя при постоянном моменте.

Основным достоинством такого способа управления является номинальный коэффициент полезного действия (в среднем около 96%) во всём диапазоне загрузки от нуля до номинальной. Отличием вариантов структурных схем электроприводов ГЭД на (Рис. П.3-1) является наличие в варианте б) тормозного резистора, позволяющего осуществлять режим динамического торможения гребного электродвигателя (Рис. П.3-3). Для этого статор двигателя отключают от сети и подключают к источнику постоянного напряжения, ток которого создает магнитное поле машины при торможении. Для ограничения тока динамического торможения служит тормозное сопротивление.

Рис. П.3-3. Механическая характеристика асинхронного двигателя при переходе в

режим динамического торможения.

Описание процесса торможения

При необходимости создать обратный вектор тяги ВРК оператору необходимо либо изменить направление вращения винта ВРК, либо развернуть ВРК, не изменяя направление вращения винта. Циклограмма этих процессов показана на ниже (Рис. П.3-4).

ТОРМОЖЕНИЕ РЕВЕРСОМ ВИНТА

Параметр

Команда «СТОП» I

ТОРМОЖЕНИЕ РАЗВОРОТОМ КОЛОНКИ

Команда «СТОП»

Параметр

Рис. П.3-4. Циклограмма процесса торможения судна.

В первом случае (верхняя циклограмма) процесс торможения судна осуществляется реверсом винта. С поступлением команды стоп статор ГЭД замыкается на тормозной резистор для того, чтобы создать тормозящий электромагнитный момент и снизить частоту вращения ротора до нуля. С приближением частоты вращения ротора ГЭД к нулю на его статор подается напряжение с обратной последовательностью чередования фаз. Плавным регулированием напряжения и

частоты питающего напряжения с помощью ПЧ при постоянной мощности ГЭД разгоняется в обратную сторону. С момента команды «Полный назад» до набора гребным винтом номинальной частоты вращения противоположного направления проходит в среднем от 20 до 30 секунд. Аналогичное требование по времени разворота предъявляется ко всем видам пропульсивных установок.

Во втором случае (нижняя циклограмма) процесс торможения судна осуществляется разворотом ВРК при незначительном снижении частоты вращения ГЭД. С поступлением команды «Полный назад» прекращается подача мощности на ГЭД и включаются механизмы разворота ВРК. Снижение мощности ГЭД на время разворота ВРК требуется из соображений снижения механического напряжения на опоры ВРК. С приближением гондолы ВРК к положению 180 градусов возобновляется подача мощности на ГЭД в прежнем направлении вращения. ГЭД разгоняется до номинальной частоты в том же направлении, создаётся вектор тяги, противоположный первоначальному. Максимальное время разворота гондолы ВРК нормируется правилами классификационных обществ. На практике эта величина составляет около 25 секунд.

Как видно, для разворота гондолы ВРК и реверса её винта практическим (т.е. фактически создаваемым и сдаваемым Заказчику) пропульсивным установкам требуется одинаковое количество времени.

Энергетические показатели

Для анализа описанных выше вариантов торможения судна необходимо рассматривать несколько энергетических показателей [16], [23], [8], [47]:

-кинетическая энергия судна

^ т^У2 к ~ 2

(П3.1)

где т - масса судна (кг), V - скорость его движения (м/с);

-кинетическая энергия винта

т = —

к 2

(П.3.2)

где / - момент инерции винта (кг-м2), учитываются все маховые массы линии «винт-ротор ГЭД», ш - частота вращения винта (рад/с);

-тепловая энергия, выделяющаяся на тормозном резисторе за время торможения

д = / /(?)2 •

(П.3.3)

где /(0 - ток резистора (А), йт - тормозное сопротивление (Ом), t - время (сек).

Базой для анализа параметров торможения являются расчёт скорости хода судна и расчёт тяговых характеристик, приведённые в них зависимости требуемой мощности ГЭД (Рб), сопротивления воды движению судна (Я) от скорости движения судна Уб.

В общем виде графическая иллюстрация этих зависимостей показана ниже (Рис. П.3-5).

1-

/

/

.-.и-; К-,

1

>

/

!

/

/

И

Ч

1 V,!

Рис.П.3-5. Винтовые характеристики. 162

Методами численного интегрирования решается общее и частные уравнения движения материального тела в пространстве

йУ V, „ т • * = 2 р

(П.3.4)

где 2 Р - сумма всех действующих на тело сил.

Время торможения судна под действием тормозящей силы гребного винта можно оценить по выражению

т = (1 +к) • т Щ-)

(П.3.5)

где к - коэффициент, учитывающий присоединённые массы воды, ¥г - скорость движения судна в начальный момент времени.

Путь торможения можно определить по выражению

Б=(1+к) • т

(П.3.6)

Сравнительная оценка вариантов

Таблица результатов сравнения методов торможения для судна водоизмещением 25 тыс. тонн, совокупной мощностью гребных электродвигателей 25МВт, с тормозными резисторами в составе ГЭУ с максимальной тепловой энергией 46МДж показана ниже (Таб. П.3-1).

Таб. П.3-1 Сравнение методов торможения судна

Параметр Максимальный ход Маневрирование на малом ходу Швартовный режим

Разворот ВРК Реверс ГЭД Разворот ВРК Реверс ГЭД Разворот ВРК Реверс ГЭД

начальная скорость движения судна, м/с 7,7 (15уз) 2,5 (5уз) 1 (2уз)

Ek, МДж 744 82 13

^ МДж 2х1,5 2х1,5 2х1,5

Q, МДж 0 92* 0 тах15 0 тах5

длительность операции, сек 25 20-30 25 5-10 25 5-10

общее время торможения, сек ~180 ~180 ~80 ~60 ~60 ~45

тормозной путь, м ~700 ~700 ~50 ~50 ~0 ~0

*Максимально возможное количество энергии тормозного резистора ограничено его конструкцией и не может быть более 46МДж. Когда температура его то-коведущих частей превышает уставку, он отключается от схемы электропривода.

Величина тепловой энергии, выделяемой на тормозном резисторе при работе в составе электропривода, принята с допущением, что средний КПД гребного винта при работе в режиме турбины составляет 15%. Энергия, которая может быть передана тормозному резистору, включает 100% кинетической энергии вращающихся маховых масс валовой линии и 15% кинетической энергии движущегося судна

Q = Тк + квинта ' Ек

(П.3.7)

где ^винта =0,15 - коэффициент полезного действия винта.

Побочные эффекты

Применение тормозных резисторов в составе электропривода ВРК приводит к необходимости решения нескольких дополнительных задач.

Во-первых, для тормозных резисторов необходимо найти место для установки. Резисторы работают в режиме резкого нагрева до высокой (около 250 град С) температуры. Это приводит к необходимости исключить возможность нахождения человека вблизи при их работе. Габариты тормозных резисторов примерно равны габаритам силовой ячейки инвертора ПЧ. Многоцелевые суда с высокой энерговооруженностью и большим количеством специального оборудования проектируется в условиях дефицита пространства.

Во-вторых, для утилизации выделяемого тепла тормозных резисторов необходимо предусматривать дополнительную систему вентиляции. Нагретый воздух необходимо выбрасывать в окружающую среду кратчайшими путями, а температура воздуха окружающей среды резистора должна быть той же, что и для всего другого электрооборудования. Это приводит к необходимости предварительной очистки и нагрева воздуха, подводимого к резисторам, до приемлемых парамет-

ров, что становится дополнительной нагрузкой на систему вентиляции и кондиционирования воздуха.

Эти факторы создают дополнительные трудности при проектировании судов с электродвижением.

Выводы

1) При торможении с полного хода длительность процедуры реверса винта и разворота колонки одинаковы. В случае если судно тормозится с малых ходов, реверс винта занимает меньше времени, чем разворот колонки.

2) Полное время торможения судна с полного хода при использовании разворота колонки равно тому же показателю при реверсе гребного винта. При движении судна на малых скоростях торможение судна осуществляется быстрее при реверсе винта, чем при развороте колонки, но разница незначительна. Частота реверсов винта ограничена максимально допустимым количеством тепла, выделяющегося на тормозных резисторах.

3) Энергия, выделяемая на тормозных резисторах, крайне мала по сравнению с кинетической энергией судна, движущегося на полной скорости. Тормозные резисторы в составе главного электропривода ВРК не могут оказать значительного влияния на снижение скорости движения судна. Считать, что тормозные резисторы значительно влияют на снижение скорости судна неправильно.

4) Максимальный эффект тормозные резисторы могут оказать в случае необходимости реверса винта при малой скорости движения судна. При этом на

15

резисторах выделится тах — МДж тепловой энергии (п - количество винтов).

5) В общем случае тормозные резисторы необходимо определять из условия Q = (3^4) • Т. Т.е. необходимо задаваться целью погасить кинетическую энергию маховых масс валовой линии. Это позволит не переоценить теплотворную способность резисторов и обеспечить необходимую и достаточную маневренность судну.

Приложение 4.

Акты внедрения

Акционерное общество конструкторское бюро по проектированию судов

«Вымпел»

Vukli -tUj431i 1- Г Hhjhi'P HiVI'ifk .1 ) Г HJpr.iPi.l I * ui|41 ft

Td 'TlfttlllVUIt-tt+Mt «TtSJlUJOOO.*. mitra^n**!™. »»i^m^lr.

НШКШ jJlOOlWl "I Ktl КИЗДМО!**

Ne

ОТ К 06 2019f,

на №

от

АКТ

о внедрении результатов нау^но-иссг»?довательскои деятельности

Настоящим актом подтверждаем что результаты на учи о-и с следовательской работы Умяроаа Дэм-лра Вафиевича внедрены в практическую деятельность АО Конструкторское бюро по проектированию судов «Вымпел» г Нижний Новгород.

Разработ энные автором концепция построения систем электрода и жен ия судов с высоким ледовым классом с применением многоуровневых преобразователей частоты и преобразователей частоть с активным выпрямителем математические модели элементов электроэнергетической системы судов моделирующая программа дли ЭВМ. позволяющая рассчитывать коэффициент нелинейных искажений используются для оценки электромагнитной совместимости элементов СЭЭС.

Использование указанных результатов позволяет повысить эффективность и качество проектирования электроэнергетических систем судов с системой электродвижения

Разработанные математические модели элементов электроэнергетической системы судов, моделирующая программа для ЭВМ позволяющая рассчитывать коэффициент нелинейных искажений, могут быть рекомендованы для организаций проектирующих электроэнергетические системы судов с высоким ледовым классом и с системой электродаиженяя

Первый заместитель генерального директора - главный инженер

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОМ ОТвеТСЛвЕННОСТЬЮ

« На у ЧII О-11 [№ и л во дет венный це игр «Судовые илеиротехннчеекие системы»

(ООО *Н11Ц«СЭС»)

,yjp« ]9612*,С|№ уэ Ь лщвдгни д .1. lilïî J0«ti7; I S12) } Ь'ЛЯ.ад Ги ам. |.| -и

0Jitlfl,4S7№P»; ИННКШ1 TflU^K^ I "M 4HWI. ОГРН tnWKJTOTOiM

2-4.06^019 г. МНПЦ

АКТ

о внедрении результатов научно-я с следовательской работы

Настоящим подтверждаем, что рс!ультаты научно-исследовательской работы Умярова Ламира Вафиеинча внедрены в практическую деятельность ООО « Научна-производственный центр «Судоаые злектротех[гическне системы».

Разработанные автором технические требования к элементам систем 1лектродвиж"С]1кя исполыуются й работе нашего предприятия при разработке и изготовлении оборудования для систем члектродвижения судоа.

В частности для проектов 2^70, 21Ш)м были использованы

следующие результаты научно-исследовательской работы:

технические Требования с указанием гребуемых выходных пели чин и ограничений влиянии на судовую питающую есть при изготовлении преобразователей частоты для систем элекзредвижения;

технические требования с указанием требуемых выходных величин и ограничений и^ияния на судовую питающую есть при н'ичуговлении согласующих трансформаторов для систем элехтродвиження;

технические требования с указанием требуемых ВЫХОДНЫХ величин н Ограничений влияния на судовую питающую сеть гтрн изготовлении главных распределительных щитов для систем элсктродвнжспия.

Исполнительный директор

IU Баканов