Ruder-Elektroinstallationsvorlesungen für Schifffahrtsschulen. Rudern von Elektroinstallationen. Wasser- und Luftwiderstand gegen Schiffsbewegungen

Automatisiertes Rudern

Elektroinstallationen

Vorlesungsnotizen

für Studierende der Fachrichtung 7.07010404

"Betrieb von Schiffselektrik und Automatisierung"

Vollzeit- und Teilzeitausbildung

Kertsch, 2011

Gutachter: Dvorak N.M., Kandidat der Technischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor der Abteilung der KSMTU.

Vorlesungsunterlagen werden auf der Sitzung überprüft und genehmigt

Abteilung ESiAP KSMTU, Protokoll Nr. 2 vom 18.10.2011

bei der Sitzung der Methodenkommission der MF KSMTU,

Protokoll Nr. 2 vom 1.12.2011

Ó Kerch State Maritime

Technische Universität, 2011

Einführung
1 Ruderelektroinstallationen (PPU)
1.1 Zweck und Arten von Kraftwerken
1.2 Wasser- und Luftwiderstand bei Schiffsbewegungen
1.3 Schiffsantrieb
1.4 Propellerleistung
1.5 Wendepropellercharakteristik
2. Auswahl der Hauptparameter des GEM. Auswahl des Kraftwerkstyps
2.1 Auswahl von Stromart, Spannung, Frequenz
3 Auswahl der Anzahl und Leistung der Antriebsmotoren
3.1 Das Verfahren zur Berechnung der Leistung an der Welle des Antriebsmotors
4 Auswahl der Hauptgeneratoren
4.1 Anforderungen an die Stromqualität im Kraftwerk
4.2 Ein Beispiel für die Berechnung der Leistung des PEM und der Hauptgeneratoren
5 Propellermotoren, Generatoren und Ventilumrichter für Strom und Frequenz
5.1 Allgemeines
5.2 Generator- und PEM-Erreger
5.3 DC GEM
5.3.1 Die Struktur des Kraftwerks und des Hauptstromkreises
5.3.2 Spar- und Notbetrieb
5.3.3 Kraftwerkserregungssystem
5.3.3.1 Generator-Motor-Schaltung (G-D) mit einem Dreiwicklungs-Erreger
5.3.3.2 G-D-System mit automatischer Leistungsregelung
5.3.3.3 Leistungsregelung durch Veränderung des HEM-Magnetflusses
5.3.3.4 DC-Kraftwerksschutz
5.3.3.5 Leistungsregulierung durch Änderung des HEM-Magnetflusses
5.3.4 DC-GEM-Schutz
5.3.4.1 Schutz von Hauptdieselmotoren gegen unbeabsichtigtes Rückwärtsfahren
5.3.4.2 Starten und Umkehren des HEM
5.4 Wechselstromkraftwerk
5.4.1 Merkmale des Betriebs und Schema des Hauptstroms des GEM
5.4.2 DEGU
5.4.3 Parallelbetrieb von Synchrongeneratoren
5.4.3.1 Selbstsynchronisation
5.4.3.2 Lastverteilung
5.4.4 Propellertypen
5.4.5 Asynchrone Synchronmaschinen
5.4.6 Asynchrone Ventilkaskade (AVK)
5.4.7 Elektromechanische Kaskade
5.4.8 Wassergekühlte elektrische Maschinen
6 Neue Stromquellen
6.1 Magnetohydrodynamische Generatoren
6.2 Elektrochemische Generatoren (EVG)
6.3 Thermoelektrische Generatoren (TEG)
7 Betriebsarten von GEM Wechselstrom. Betrieb eines Einwellen-TEGU
7.1 Spar- und Notbetrieb
8 AC-Kraftwerksschutz
8.1 Maximaler Schutz
8.2 Längsdifferentialschutz
8.3 Feldwicklungsschutz gegen Erdschluss
8.4 Antriebsmotorschutz
9 Starten und Umkehren des HEM im AC GEM
9.1 Starten des HEM
9.2 HED-Umkehrung
10 Doppelstromkraftwerke
11 Einheitliches Schiffskraftwerk mit Gleichstromkraftwerk auf gesteuerten Ventilen
12 GEMs mit AC PM mit statischen Frequenzumrichtern
12.1 Zweistufiger Halbleiter-Frequenzumrichter
12.2 Direkter Festkörper-Frequenzumrichter
12.3 ESE mit erhöhter Wechselspannung 800V und DC PM
12.4 Reduzierung von höheren Harmonischen im Schiffsnetz bei Verwendung von geregelten Gleichrichtern und Frequenzumrichtern
13 Schiffsdiagramme von AC-Kraftwerken mit ESE
14 Kraftwerke moderner Schiffe und deren Steuerungssysteme
14.1 Kraftwerk des Fähreisbrechertyps „A. Korobitsyn"
14.2 Kraftwerk von Seefähren vom Typ Sachalin
14.3 Kraftwerk von linearen Eisbrechern des Ermak-Typs
14.4 Kraftwerk des ozeanografischen Schiffes „Aranda“
14.5 Vergleichende Analyse von Kraftwerksregelungen
14.6 Kraftwerk von Fischereifahrzeugen
14.6.1 Antriebsanlage von Schiffen des Typs „Johanniskraut“.
14.6.2 Kraftwerk des Trawlerprojekts B 422
14.6.3 Triebwerk des Trawlers „Arctic Trawler“
15 Fragen des Betriebs des Kraftwerks
16 Elektrische Sicherheit und Brandschutz von Kraftwerken
17 Optimierung der Fahrweisen des Kraftwerks
17.1 GEM als untergeordnetes Kontrollsystem
17.2 Slave-Steuerungsverfahren mit Lastreglerkommunikation
17.3 Optimierung der Parameter synchronisierter Regler
18 AUTOMATISCHE EDELSTEINKONTROLLE
18.1 Methode und Mittel der Kontrolle
Verzeichnis der verwendeten Literatur

Einführung

Die erste elektrische Ruderanlage erschien 1838 in Russland. Es war ein Boot mit Schaufelrädern, das auf der Newa fuhr. Der Erfinder war ein russischer Wissenschaftler, Akademiker B.S. Jacobi, der die Schaufelräder mit einem Gleichstrommotor drehte.

In den 70-80er Jahren des 19. Jahrhunderts erschienen die ersten Elektroschiffe in Europa. In Russland waren zu Beginn des 20. Jahrhunderts die ersten dieselelektrischen Schiffe Vandal und Sarmat.

In der UdSSR begann der Bau von Elektroschiffen in den 1930er Jahren. Eine große Anzahl von ihnen wurde im Zusammenhang mit der Entwicklung der Nordseeroute und der Entwicklung der Fischereiflotte gebaut.

Elektroschiffe können eine Vielzahl von Bedingungen und Anforderungen in Bezug auf Betrieb, Schiffsdesign und technische Eigenschaften erfüllen, und für einige Schiffstypen sind elektrische Antriebssysteme für Eisbrecher, Fähren, Fischereifahrzeuge, Rettungsschiffe, Schlepper usw. unverzichtbar.

Vielversprechende Richtungen für die Entwicklung elektrischer Antriebssysteme sind die Einführung von Wechselstromaggregaten mit Halbleiter-Frequenzumrichtern und einem PEM mit Vektorregelung sowie der Einsatz von Hauptmaschinen mit supraleitenden Wicklungen, die es ermöglichen, Gewicht und Größeneigenschaften zu reduzieren und Wenden Sie die beste Anordnung der elektrischen Ausrüstung im Maschinenraum des Schiffes an.

Themenplan der Disziplin

und Verteilung der Lernzeit nach Unterrichtsthemen

Ruderelektroinstallationen (PPU)

Zweck und Arten von Kraftwerken

Unter elektrischem Antrieb von Schiffen ist deren Fortbewegung mit elektrischer Energie durch elektrische Antriebsanlagen zu verstehen.

Das GEM umfasst:

a) Antriebsmaschine (Diesel oder Turbine);

b) Hauptgeneratoren, die den Propellermotor mit Strom versorgen;

c) mit dem Propeller verbundener Propellermotor;

d) ein Propeller (Schraube), der die Bewegung an das Schiff weitergibt.

Je nach Stromart werden GEMs in Gleich- und Wechselstromanlagen eingeteilt. Gleichstromkraftwerke werden auf Schiffen eingesetzt, bei denen eine hohe Manövrierfähigkeit und häufiges Umkehren des Propellermotors erforderlich sind (Eisbrecher, Fähren, Walfangschiffe usw.). AC-Kraftwerke werden auf Schiffen eingesetzt, bei denen der Anlagenwirkungsgrad von größter Bedeutung ist.

Nach der Art des Primärmotors werden Kraftwerke in dieselelektrische (DEGU) und turboelektrische (TEGU) unterteilt. Auf Fischereifahrzeugen wird in der Regel DEGU eingesetzt.

Die Leistung des Dieselmotors und seine Drehzahl werden durch Ändern der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffmenge reguliert. Die Abhängigkeit von und von der begrenzenden Kraftstoffzufuhr wird als äußere Kenngröße bezeichnet (Bild 1.1). Ebenso werden die Abhängigkeiten, die man bei einer geringeren Kraftstoffzufuhr erhält, Teilkennlinien genannt. Sowohl an den äußeren als auch an den partiellen Eigenschaften ändert sich das Drehmoment fast nicht, wenn sich die Dieseldrehzahl ändert.

Zulässige Überlastungen für einen Dieselmotor sind 10-15 % Der Dieselmotor entwickelt seine Nenndrehzahl bei maximaler Kraftstoffzufuhr. Beim der Begrenzungsregler wird aktiviert, der die Kraftstoffzufuhr durch die Kraftstoffpumpe stoppt. Große Diesel haben zusätzlich einen All-Mode-Regler, der auf jede beliebige Geschwindigkeit eingestellt werden kann.

Blockheizkraftwerke werden normalerweise mit Wechselstrom betrieben, wobei die Fähigkeit von Turbinen zur Drehzahländerung über einen weiten Bereich genutzt wird, indem einfach die Dampfmenge geändert wird. Sie erlauben eine Überlastung.

Gegenwärtig werden auch Gasturbinenanlagen eingesetzt.

Kraftwerke werden je nach Zweck in Haupt- (oder autonome), Hilfs- und kombinierte Kraftwerke unterteilt.

In den Hauptkraftwerken wird der Propeller nur vom Propellermotor angetrieben, der von seinen Hauptgeneratoren gespeist wird.

In Hilfskraftwerken speisen die Hauptgeneratoren während des Betriebs Produktionsmechanismen und Propellermotoren während des Übergangs.

In Kombikraftwerken wird die Schnecke sowohl vom Hauptmotor als auch vom Elektromotor angetrieben, der die kostenlose Energie von Hilfsgeneratoren verbraucht. Ein zusätzlicher Propellermotor wird in diesem Fall entweder zur Unterstützung des Hauptmotors oder für unabhängige Arbeiten am Propeller bei niedrigen Schiffsgeschwindigkeiten oder als Nebenabtriebsgenerator verwendet.

Zu den Vorteilen von GEM gehören:

a) freie Platzwahl auf dem Schiff;

b) die Möglichkeit, schnelllaufende, nicht umkehrbare, kleine Dieselmotoren zu verwenden;

c) gute Manövrierfähigkeit;

d) die Fähigkeit, mit einer unvollständigen Anzahl von Primäreinheiten zu arbeiten;

e) hohe Überlebensfähigkeit;

f) die Fähigkeit, unter schwierigen Segelbedingungen zu arbeiten, die durch die hohe Überlastfähigkeit elektrischer Maschinen bereitgestellt wird;

g) die Möglichkeit, die Hauptgeneratoren zur Stromversorgung anderer Verbraucher zu verwenden;

Die Nachteile von Kraftwerken gegenüber Diesel- und Turbinenanlagen sind:

a) geringer Wirkungsgrad durch doppelte Energieumwandlung;

b) hohes spezifisches Gewicht und hohe Kosten;

c) Aufstockung des Personals.

Wasser- und Luftwiderstand gegen Schiffsbewegungen

Auf ein im Wasser stehendes Gefäß wirken Druckkräfte, deren Resultierende gleich der Schwerkraft des Gefäßes und dieser entgegengesetzt gerichtet ist (Bild 1.2). Bei Fahrt des Schiffes die Resultierende der Druckkräfte R von der senkrechten Position abweicht und der Applikationspunkt entlang des DP zur Nase verschoben wird.

Abbildung 1.2 - Diagramm der auf das Schiff wirkenden Kräfte.

Das Gleichgewicht des Systems wird nicht durch den Schiffsschwerpunkt gestört Ö zwei entgegengesetzte Kräfte anwenden R1 und R2 gleich groß und parallel R. Erhaltenes Kräftepaar R und R1 wird einen Moment erzeugen, der einen Defekt im Heck verursacht.

Kraft, die entlang zueinander senkrechter Achsen ausgedehnt wird R2 bildet die Komponenten Q und R.

Q heißt hydrodynamische Stützkraft.

R- Wasserbeständigkeit; entgegen der Fahrtrichtung des Schiffes gerichtet.

Der Wasserwiderstand R wird durch die Stoppkraft des Propellers überwunden, wodurch der Druck R entsteht. Die Kräfte der Wasserviskosität an der Grenze zum Rumpf erzeugen Tangentialkräfte R .

, (1.2)

wo ist der koeffizient. Dornwiderstand einer glatten Platte = 0, 0315Re ,

Betreff- Reynolds Nummer,

Schiffsgeschwindigkeit, Frau,

L- Schiffslänge nach GVL, m,

Kinetische Viskosität von Wasser bei T=4 ,

Rumpfkrümmungskoeffizient, bei PFUND\u003d 6 \u003d 1,04, mit PFUND=12 =1,01,

bei geschweißten Schiffen der Rauheitsbeiwert des Schiffsrumpfes,

ist die Dichte von Meerwasser.

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

BUNDESHAUSHALT BILDUNGSEINRICHTUNG FÜR HOCHSCHULBILDUNG

"SÜDRUSSISCHER STAAT

TECHNISCHE UNIVERSITÄT

(POLYTECHNISCHES INSTITUT NOVOCHERKASSKY)"

ARBEITSPROGRAMM

in der Disziplin "Elektroinstallation Rudern",

zur Wegbeschreibung:140400 ELEKTROENERGIE UND ELEKTROTECHNIK (Bachelor)

für Profile:

Nowotscherkassk 2011

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

________________________________________

„Südrussische Staatliche Technische Universität

(Polytechnisches Institut Nowotscherkassk)"

GENEHMIGEN

Vizerektor für OD

(Position, Nachname, Initialen)

"___" ___________________ 2011

ARBEITSPROGRAMM

(B 3.2.8) Rudern von Elektroinstallationen

(Name der Disziplin)

Richtung der Zubereitung:140400 „ELEKTROENERGIE UND ELEKTROTECHNIK“

Trainingsprofile:

Nr. 14. "Elektrische Ausrüstung und Automatisierung von Schiffen".

Fakultät für Elektromechanik

Sessel "Elektrischer Antrieb und Automatisierung"

Kurs _3________________________________________________________________

Semester _7 ________________________________________________________

Vorlesungen __18___ (Stunde)

Prüfung __7___ (Semester) 36 Stunden 1 SG versetzt __-___ (Semester)

Praktisch (Seminar-)Klassen ___36 __(Stunden)

Eigenständige Tätigkeit insgesamt __72__ (Stunden), davon: geplante Arbeit______ (Stunde) 2. VERTEILUNG DER THEMEN, UNTERRICHTSSTUNDEN NACH MODULEN UND SEMETERN https://pandia.ru/text/78/089/images/image004_151.gif" width="643" height="295 src="> Abb.1. Modularer Aufbau der Disziplin Semesternummer Anzahl Unterrichtsstunden Selbstständige Arbeit Studenten Prakt. Klassen. Geplant Individuell Heim Insgesamt 7. Semester 7. Semester 3.1.1. Name der Vortragsthemen, deren Inhalt und Umfang in Stunden Thema 1. Einführung (2 Stunden, UZ - 1, PC-14,15,16). Das Thema des Studiengangs, seine Beziehung zu anderen Disziplinen des Curriculums und seine Bedeutung für die Ausbildung von Ingenieuren in diesem Fachgebiet. Eine kurze Geschichte der Entwicklung von GEMs und ihrem aktuellen Stand. Literaturabteilung 4 Thema 2.GerätGEM (4 Stunden, UZ - 2, PC-14,15,16). Widerstand gegen Schiffsbewegungen. Die auf das Schiff einwirkenden Kräfte, ihre physikalische Essenz. Die Komponenten der Widerstandskräfte, ihre Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und anderen Faktoren. Zugkraft. Schiffsmover. Das Funktionsprinzip des Schiffsantriebs. Haltekraft und Effizienz eines idealen Bewegers. Arten von Schiffspropellern. Der Hauptpropellertyp ist ein Propeller, seine Geometrie, sein Funktionsprinzip und seine Eigenschaften. Modellierung von Propellereigenschaften. Umkehrung des Propellers und dessen Betrieb im Hydroturbinenmodus. Wechselwirkung des Propellers mit Eis. Die wichtigsten Arten von Ruderanlagen. Eigenschaften und Hauptelemente des GEM. Merkmale des GEM-Geräts verschiedener Typen: Gleichstrom, variabler Gleichstrom, Wechselstrom, ihre technischen und wirtschaftlichen Indikatoren.

Kraftwerke, in denen Leistung von den Hauptmaschinen mittels Kraftübertragung auf die Propeller übertragen wird, werden allgemein als elektrische Propellerinstallationen (PPU) bezeichnet.

Die elektrische Übertragung ermöglicht die Erfüllung einer der Hauptanforderungen an das Kraftwerk eines Eisbrechers - die Aufrechterhaltung einer konstanten Leistung des Hauptmotors bei Änderungen des Drehmoments am Propeller.

1. GEU-Klassifizierung

Elektrische Ruderanlagen (PPU) können wie folgt klassifiziert werden

gemeinsame Anzeichen:

nach Stromart - Wechsel-, Gleich- und Wechsel-Gleichstrom (doppelt

andere Art von Strom);

2. nach Art der Antriebsmaschine – dieselelektrisch, turboelektrisch und gasturboelektrisch;

3. nach dem Steuersystem - mit manueller Steuerung und mit automatischer Steuerung

4. nach der Methode zum Verbinden des Antriebsmotors mit dem Propeller - mit einer direkten Verbindung

und mit Getriebeanschluss.

In elektrischen Antriebsanlagen mit Gleichstrom als Hauptgeneratoren

Generatoren mit unabhängiger Erregung werden verwendet, und als Antriebsmotoren - Motoren mit unabhängiger Erregung.

In elektrischen Antriebsanlagen mit Wechselstrom als Hauptgeneratoren

Tori werden Synchronmaschinen und als Antriebsmotoren verwendet - synchron oder asynchron.

Das Aufkommen leistungsstarker gesteuerter Halbleitergleichrichter führte zur Schaffung eines AC-DC (Doppelstrom) GEM.

Die Vorteile von AC-DC GEM sind:

1. hohe Zuverlässigkeit und Effizienz von Synchrongeneratoren;

2. Sanfte und sparsame Regulierung der Drehzahl des Propellermotors

einen von einem Gleichrichter gesteuerten Körper;

3. die Möglichkeit, alle Schiffsverbraucher aus den Hauptgeneratoren mit Strom zu versorgen (einzelnes Wechselstromkraftwerk).

2. GEU DC

2.1. Grundinformation

Elektrische Anlagen für Gleichstromantriebe, bei denen die Antriebsmotoren und die sie versorgenden Generatoren elektrische Gleichstrommaschinen sind, unterscheiden sich

Sie zeichnen sich durch Einfachheit, Komfort und Laufruhe der Propellerdrehzahlregelung in einem breiten Bereich ihrer Lastmomente aus.

Gleichstromkraftwerke werden in Anlagen mit niedriger und mittlerer Leistung auf Schiffen mit hoher Manövrierfähigkeit eingesetzt. Die Begrenzung der Leistung des Gleichstroms GEM wird dadurch bestimmt

Dies liegt daran, dass die Herstellung von elektrischen Hochleistungsmaschinen mit Gleichstrom schwieriger ist als mit Wechselstrom.

2.2. Schemata zum Einschalten von Generatoren und Antriebsmotoren von Gleichstromkraftwerken

Ein Gleichstromkraftwerk verwendet eine Reihe von Optionen für die Hauptstromkreise zum Einschalten von Generatoren und Antriebselektromotoren. Einige davon sind in Abb. 1 dargestellt.

Reis. 14.1. Anschlusspläne für Generatoren und Motoren in Gleichstromkraftwerken

Schema mit serielle Verbindung Generatoren und Anker des Motors (Abb. 14.1, a) ermöglicht eine erhöhte Spannungsversorgung des Motors, da die Spannung

Generatoren zum Nennstrom des Generators summiert.

Wenn beispielsweise die Generatorspannung 600 V beträgt, werden 1200 V an den Motor geliefert, was gemäß den Registerregeln die zulässige Spannungsgrenze ist

zwischen zwei beliebigen Punkten des GEM-Hauptstromkreises.

In einem Kraftwerk mit einer Reihenschaltung von Generatoren kann es zu einer gefährlichen Notfallsituation kommen, wenn eine der Antriebsmaschinen beispielsweise aufgrund einer klemmenden Dieselkraftstoffpumpe die Kraftstoffversorgung verliert.

Gleichzeitig fließt der Strom des Hauptstromkreises weiterhin durch den Generator. An der Generatorwelle wird ein großes negatives Moment erzeugt, das den Not-Primärmotor stoppt.

das Ventil und beginnt es in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, was zu großen Schäden am Dieselmotor führen wird. Diese Situation soll schnell durch entsprechende Sensoren (oft

Rotation, Wasserdruck, Öldruck), die ein Not-Halt-Signal ausgeben und beides

sintern die Entfernung der Erregung des Generators.

Schema mit parallele Verbindung Generatoren (Abb. 14.1, b) bietet bequem

Ein- und Ausschalten einzelner Generatoren.

Wenn die Generatoren auf derselben Welle installiert sind, ist die Gleichmäßigkeit ihrer Belastung gewährleistet

liest sich relativ einfach. Besitzen die Generatoren unterschiedliche Antriebsmaschinen, so wird durch zusätzliche Maßnahmen eine gleichmäßige Lastverteilung erreicht, beispielsweise durch das Einbringen von Querverbindungen zwischen den Reihenerregerwicklungen.

Auf Abb. 14.1, in zeigt ein Beispiel für ein Einkreiskraftwerk mit einer Reihenschaltung von vier Generatoren und zwei Motoren. Ein solches Schema, bei dem sich ein Generatorpaar und ein Motor abwechseln, ermöglicht es Ihnen, die Spannung zwischen zwei beliebigen Punkten im Stromkreis zu senken, um die Spannung eines Generators zu verdoppeln und dadurch die Sicherheit zu erhöhen.

Wartung des GEM.

Ein Kraftwerk mit einer solchen Zusammensetzung aus Generatoren und einem HED kann auch eine Zweikreisstruktur haben: Jeder Elektromotor wird von seinem eigenen Paar in Reihe (oder parallel) geschalteter Generatoren angetrieben. Zwei GEM-Schaltkreise sorgen für eine größere Zuverlässigkeit der Installation als Ganzes.

Das Propeller-Elektrowerk ist das Hauptkraftwerk des Schiffes, das den Propeller mit Hilfe eines Elektromotors in Rotation versetzt, der durch einen von einem Generator erzeugten Strom angetrieben wird. Anlagen dieser Art werden hauptsächlich auf Eisbrechern, Spezialschiffen und U-Booten eingesetzt.

Als größtes Schiff mit elektrischer Antriebsanlage kann derzeit der Ozeandampfer RMS Queen Mary 2 angesehen werden, der mit vier beweglichen Elektromotoren vom Typ Azipod mit einer Leistung von jeweils 215 MW ausgestattet ist.

Durch die elektrische Übertragung kann sichergestellt werden, dass die Leistung des Hauptmotors bei Änderungen des Drehmoments am Propeller konstant bleibt.

Ruderelektroinstallationen (PPU) können nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:

1. Nach der Art des Stroms - AC, DC und AC-DC (Doppelstrom);

2. Nach Art der Antriebsmaschine – dieselelektrisch, turboelektrisch und gasturboelektrisch;

3. Entsprechend dem Kontrollsystem - mit manueller und automatischer Steuerung;

4. Gemäß der Methode zum Verbinden des Antriebsmotors mit dem Propeller - mit einer direkten Verbindung und mit einer Getriebeverbindung.

In Antriebselektro-Gleichstromanlagen werden Generatoren mit unabhängiger Erregung als Hauptgeneratoren verwendet, und Motoren mit unabhängiger Erregung werden als Antriebselektromotoren verwendet.

In elektrischen Wechselstromantriebsanlagen werden Synchronmaschinen als Hauptgeneratoren verwendet, und synchrone oder asynchrone Elektromotoren werden als Antriebselektromotoren verwendet.

Die Verwendung leistungsstarker gesteuerter Halbleitergleichrichter ermöglichte die Schaffung eines GEM mit doppelter Stromart.

Die Vorteile dieses Kraftwerkstyps sind:

– hohe Zuverlässigkeit und Effizienz von Synchrongeneratoren;

- gleichmäßige und sparsame Regelung der Drehfrequenz des vom Gleichrichter gesteuerten Antriebsmotors;

– die Möglichkeit, alle Schiffsverbraucher aus den Hauptgeneratoren zu versorgen, d.h. von einem einzelnen Schiffswechselstromkraftwerk.

DC GEMs werden in Anlagen mit niedriger und mittlerer Leistung mit hoher Manövrierfähigkeit eingesetzt. Die Leistungsbegrenzung dieses Kraftwerkstyps wird durch die Schwierigkeit bestimmt, elektrische Hochleistungsmaschinen mit Gleichstrom im Vergleich zu Maschinen mit Wechselstrom zu erzeugen.

Solche Installationen zeichnen sich durch Einfachheit, Bequemlichkeit und reibungslose Steuerung der Propellerdrehzahl in einem weiten Bereich ihrer Momente und Lasten aus.

Wechselstromkraftwerke werden auf Schiffen mit einem relativ seltenen Wechsel des Verkehrsmodus installiert.

Sie zeichnen sich durch die Verwendung erhöhter Spannungen aus: bei Kraftwerken bis 10 MW - 3000 V, bei hohen Leistungen - bis 6000 V. Die Nennstromfrequenz beträgt normalerweise 50 Hz.

In Wechselstromkraftwerken mit kleiner und mittlerer Leistung (bis 15 MW) werden in der Regel Dieselmotoren als Antriebsmaschine und Turbinen mit hoher Leistung eingesetzt.

Die Regelung der Drehzahl von Antriebselektromotoren in Wechselstromkraftwerken mit Festpropellern wird durch Änderung der Spannungsfrequenz der Generatoren bei Änderung der Drehzahl der Primärmotoren oder durch Verwendung von Asynchronmaschinen mit Phasenläufer als Antrieb sichergestellt Elektromotoren. Die Frequenzsteuerung der Winkelgeschwindigkeit von AC-Antriebsmotoren erweist sich als energetisch vorteilhaft, da dies ihre elektrischen Verluste minimiert. Die Änderung der Drehrichtung der Antriebsmotoren erfolgt durch Umschalten der Phasen im Hauptstromkreis, deren Anzahl in der Regel drei beträgt.

Eine Möglichkeit zur Steuerung des Betriebsmodus eines Wechselstromkraftwerks, die es ermöglicht, die Schwierigkeiten der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren zu umgehen, ist die Verwendung von Propellern mit steuerbarer Steigung (CPPs).

Zweistromkraftwerke werden als Anlagen bezeichnet, in denen Synchrongeneratoren als Stromquellen und Gleichstrommotoren als Antriebsmotoren verwendet werden.

Die Entwicklung leistungsstarker Gleichrichter ermöglichte es, die hohe Manövrierfähigkeit von DC-GEMs mit den Vorteilen von AC-GEMs zu kombinieren, die in der Verwendung von Hochgeschwindigkeits- und kleinen Antriebsmaschinen bestehen Gewicht und Größe Indikatoren.

Es werden zwei Arten von Halbleitergleichrichtern verwendet:

- ungeregelt, dessen Ausgangsspannung nicht geregelt ist;

- geregelt - mit einstellbarer Ausgangsspannung;

Zweistrom-GEM mit Gleichrichtern bieten:

– hohe Manövrierfähigkeit aufgrund eines breiten Regelbereichs der Frequenz des Antriebsmotors;

- die Möglichkeit, Turbinen-Generator-Einheiten ohne Getriebe zu bauen und die bequeme Anordnung im Maschinenraum;

- Lärm- und Vibrationsminderung von Kraftwerkselementen;

– Steigerung der Gesamteffizienz. Installationen;

– die größte Einfachheit der Ausführung und Zuverlässigkeit der Antriebsmotoren.

Der Einsatz eines CPP für ein Zweistromkraftwerk bringt weitere Vorteile:

- Konstanz der Rotationsfrequenz der Motoren der Generatoren;

- Konstanz der Drehfrequenz des Antriebsmotors und des Propellers.

Die Konstanz der Drehfrequenz der Primärmotoren des Kraftwerks ermöglicht es, den Reifen des elektrischen Antriebssystems für allgemeine Schiffsverbraucher Leistung zu entnehmen und die installierte Kapazität des Schiffskraftwerks rationeller zu nutzen.

Dual-Current-GEMs sind in ihren Eigenschaften GEMs mit Gleich- und Wechselstrom überlegen.

Die Hauptaufgabe beim Betrieb des Kraftwerks besteht darin, einen störungsfreien und störungsfreien Betrieb sowie ständige Einsatzbereitschaft sicherzustellen.

Die Lösung dieses Problems wird unter folgenden Bedingungen erreicht:

– Bereitstellung qualifizierter Dienstleistungen;

– rechtzeitige Nachlieferung von Ersatzteilen und Materialien;

- korrekte Bestimmung der Fristen und Volumina der von der Schiffsbesatzung durchgeführten Präventiv- und Reparaturarbeiten;

- Durchführung erweiterter Tests und Organisation der Anpassung des Kraftwerks an den vorgesehenen Zweck des Schiffes;

- ständige Überwachung des Verschmutzungsgrades von isolierenden Oberflächen in elektrischen Maschinen des Kraftwerks;

– Überprüfen des Zustands von Kabeln und Abschließen ihrer Abschlüsse.

Der Maßnahmenkomplex für den technischen Betrieb umfasst somit die Wartung, Pflege und Instandsetzung des Kraftwerks und seiner Elemente.

Referenzliste

1. Akimov V.P. Schiffsautomatisierte Kraftwerke, "Transport", 1980.

2. Handbuch eines Schiffsmechanikers (in zwei Bänden). Ed. 2., überarbeitet. und zusätzlich Unter der allgemeinen Redaktion von Cand. Technik. Sciences L. L. Gritsay. M., "Verkehr", 1974

3. Zavisha V. V., Dekin B. G. Schiffshilfsmechanismen., M., "Transport", 1974, 392 p.

4. Kiris O. V., Lisin V. V. Thermodynamik und Wärmetechnik. Haupthelfer. Bei 2 Std. Teil 1.: Thermodynamik. - Odessa: ONMA, 2005. - 96 p.

5. Ovsyannikov M.K., Petukhov V.A. Versenden Sie automatisierte Kraftwerke. "Verkehr", 1989.

6. Taylor D.A. Grundlagen der Schiffstechnik. "Verkehr", 1987.

7. Methodische Einführungen zur Durchführung von Laborarbeiten aus dem Fachgebiet "Schiffskraftwerke und elektrische Steuerung von Schiffen". Odessa: ONMA, 2012.

8. Vereskun V.I., Safonov A.S. Elektrotechnik und elektrische Ausrüstung von Schiffen: Lehrbuch. - L.: Shipbuilding, 1987. - 280 S., Abb.

Kraftwerke, in denen Leistung von den Hauptmaschinen mittels Kraftübertragung auf die Propeller übertragen wird, werden allgemein als elektrische Propellerinstallationen (PPU) bezeichnet.

Die elektrische Übertragung ermöglicht die Erfüllung einer der Hauptanforderungen an das Kraftwerk eines Eisbrechers - die Aufrechterhaltung einer konstanten Leistung des Hauptmotors bei Änderungen des Drehmoments am Propeller.

Die folgenden Schemata von Kraftwerken werden am häufigsten verwendet:

1. Mit Regelung des Magnetflusses des Propellermotors (PM) bei konstantem Magnetfluss des Generators.

2. Mit der Regelung des Magnetflusses des Hauptgenerators bei konstantem Magnetfluss des HEM.

3. Mit der Regulierung der Magnetflüsse sowohl des Generators als auch des HEM.

Ein Beispiel für Schemata des ersten Typs mit automatischer Regulierung des magnetischen Flusses des PEM ist das Schema, das bei Eisbrechern vom Typ Wind (Abb. 118) verwendet wird und einen Hochgeschwindigkeitsregler vom Typ Silverstat verwendet. Der Magnetkreis dieses Reglers hat zwei Wicklungen. Einer von ihnen (OH) ist mit den Ankeranschlüssen der D HED verbunden, und sein Strom ist proportional zur Ankerspannung. Die zweite Wicklung (OT) ist mit dem Spannungsabfall in den zusätzlichen Polen des DP HEM verbunden, und ihr Strom ist proportional zum Strom des Hauptkreises. Die Ampere-Windungen der OT-Wicklung erzeugen einen magnetischen Fluss, der dem Fluss entgegengesetzt ist, der durch die Ampere-Windungen der OH-Wicklung erzeugt wird. Der gesamte magnetische Fluss beider Wicklungen wirkt auf den Anker des Reglers P, der bei Bewegung die mit den Abschnitten des Rheostaten Gr verbundenen Lamellenfederkontakte schließt oder öffnet. Bei den Nennwerten von Strom und Spannung des PEM nimmt der Anker des Reglers eine Position ein, die den Fluss des Nennstroms in der Erregerwicklung des ATS-Elektromotors und damit den Nennwert des Drehmoments sicherstellt.

Bei einem plötzlichen Anstieg des Widerstandsmoments am Propeller bleiben in der ersten Periode die Umdrehungen der Propellerwelle und die Spannung des Generators konstant und der Strom im Hauptstromkreis steigt stark an. Proportional zum Anstieg des Stroms des Hauptstromkreises steigt auch der Strom in der Stromwicklung des OT-Reglers. In diesem Fall nimmt der magnetische Fluss im Magnetkreis ab und damit die Anziehungskraft des Reglerankers. Als Ergebnis weicht der Anker aus und schließt einige der federnden Kontakte, wodurch einzelne Abschnitte des Rheostaten überbrückt werden. Dies bewirkt eine Erhöhung des HEM-Erregerstroms und dementsprechend eine Verringerung seiner Rotationsgeschwindigkeit. Die vom HEM verbrauchte Leistung bleibt da ungefähr konstant

Reis. 118. Schema der elektrischen Bewegung. 119. Schema eines Eisbrechers mit elektrischem Antrieb vom Typ Windnia leyaokola Kapitan Belousov

Die Generatorspannung bleibt nahezu unverändert. Der Regler erhöht die Erregung, bis der Hauptkreisstrom den Nennwert erreicht.

Mit abnehmendem Widerstandsmoment an der Schraube nimmt der Strom des Hauptstromkreises ab. In diesem Fall nimmt die Entmagnetisierungswirkung der Stromwicklung des Reglers ab und der Anker öffnet einige der Federkontakte. Der Widerstand des Rheostats im HEM-Erregerkreis steigt, der Erregerstrom sinkt und die Drehzahl steigt. Die vom PEM verbrauchte Leistung ist wieder gleich der Nennleistung. Somit ermöglicht die Verwendung des Reglers, die Nennleistung der Anlage in allen Navigationsmodi voll auszunutzen, ohne die Primärmotoren zu überlasten.

Ein Beispiel für Schemata des zweiten Typs mit automatischer Regulierung des Magnetflusses des Hauptgenerators ist das Schema, das auf dem Eisbrecher Kapitan Belousov verwendet wird. Hier wurde ein Erregungs- und Steuersystem mit Hochgeschwindigkeitsreglern verwendet (Abb. 119).

Zur Versorgung der Erregerwicklungen der OVG-Hauptgeneratoren wurden VT-Erreger mit zwei Wicklungen verwendet. Eine der Wicklungen, Anti-Compound (PKO), ist mit dem Spannungsabfall in den zusätzlichen Polen von DC und HED verbunden. Die andere - die Steuerwicklung des OS erhält Strom vom Steuerposten der PU über den Hochgeschwindigkeitsregler Gr. Der Hochgeschwindigkeitsregler und die PKO-Wicklung sind so ausgelegt, dass sie den Strom im Hauptstromkreis mit einem sich ändernden Widerstandsmoment begrenzen. Bei einer Erhöhung des Stroms im Hauptstromkreis über den Nennwert hinaus wird die Wirkung der PKO-Wicklung, die zur Steuerwicklung geschaltet ist, verstärkt. Dadurch sinkt die Spannung am Hauptgenerator G und damit die Drehzahl des PEM, was die Primärmaschinen vor Überlastung schützt. Der Hochgeschwindigkeitsregler beginnt bei einem Strom zu arbeiten, der größer als der Nennstrom ist. Die Reglerfeder neigt dazu, den beweglichen Kontakt Gr in eine Position zu drehen, in der die Erregung des Generators am größten ist. Die Wicklung des Reglers ist mit dem Spannungsabfall in den zusätzlichen Polen des HEM verbunden und fließt daher mit einem Strom herum, der proportional zum Strom des Hauptkreises ist. Bei Strom im Hauptstromkreis wirkt auf den Anker des Yar-Reglers ein Drehmoment, dem das Federmoment entgegenwirkt. Wenn der Strom des Hauptstromkreises den Wert erreicht, auf den der Regler eingestellt ist, übersteigt das von der Stromspule erzeugte Moment das Moment der Feder, wodurch sich die beweglichen Kontakte zu bewegen beginnen und zusätzlichen Widerstand in den einführen Wicklung des Operationsverstärkers. Der Strom in der Wicklung des Operationsverstärkers nimmt ab; Die Generatorspannung sinkt ebenfalls. Dieser Vorgang stoppt, sobald der Spannungsabfall an den Zusatzpolen des Antriebsmotors einen Wert erreicht, der dem Nennlaststrom entspricht.

Der Nachteil von Reglern ist die geringe Reaktionsgeschwindigkeit, die die Stabilität des Stroms des Hauptstromkreises nicht gewährleistet, wenn Eisschollen auf die Propellerblätter treffen, rückwärts usw.

Ein Beispiel für Schemata des dritten Typs mit automatischer Regulierung des Magnetflusses der Hauptgeneratoren und des Antriebsmotors kann das Schema sein, das auf dem Eisbrecher Murmansk verwendet wird. Betrachten Sie den Bordstromkreis des Kraftwerks dieses Eisbrechers (Abb. 120) und achten Sie auf das Steuer- und Regelsystem des Kraftwerks.

Der Bordstromkreis (Abb. 120, a) besteht aus zwei Hauptgeneratoren G, GED-D, Erregern der VT-Generatoren und dem HP-Motor. Die Erregung der VT- und HP-Einheiten erfolgt durch gesteuerte (Thyristor) und ungesteuerte (Dioden) Gleichrichter, die wiederum von einem dreiphasigen Hilfsschiffsnetz gespeist werden. Es ist zu beachten, dass die Anti-Compound-Wicklung des PKO nur im Notbetrieb arbeitet, wenn die Thyristor-Erregung der Generatoren ausfällt. In diesem Fall erfüllen die Wicklungen OVVG ^ ^ und OVVG die Funktionen der Steuerwicklung des OS bzw. des Nebenschlusses din.

Reis. 120. Schema des elektrischen Antriebs des Murmansk-Eisbrechers: a - ein schematisches Diagramm des Kraftwerks; b - Blockdiagramm der Regulierung

Die Erregung des HEM erfolgt wie folgt: Vom Hilfswechselstromnetz über den Gleichrichter // (Abb. 120, b) erhält die Haupterregerwicklung des Erregers des ATS-Erregers ^ ^ ^ Strom. Der Erreger des HP-Motors wird erregt und liefert Strom an die Erregerwicklung des HP-Motors.

Eine weitere HP-Wicklung - zusätzlich OVVD ^^ ^ ^ - ist einsatzbereit und arbeitet nur in dynamischen Modi. Beim Verschieben des Griffs des Steuerpostens erhält die PU Strom von der Erregerwicklung der Erreger der Hauptgeneratoren der OVVG. X oder OVVG ^ ^ x- Diese Wicklungen werden vom Hilfswechselstromnetz über die Thyristorgleichrichter 5a und 56 gespeist. Der Erreger des VG-Generators wird erregt und versorgt die Erregerwicklungen des OVG-Generators mit Strom.

Das Schema sieht eine konstante Leistungs- und Kvor. Diese Modi werden durch die Wirkung der Rückkopplung (auf Strom und Spannung des Hauptstromkreises, auf die Drehzahl des PEM, auf die Erregerspannung von Generatoren und den Erregerstrom des Motors) auf die Erregung des VG und bereitgestellt PS. Beim Rückwärtsfahren funktioniert das Steuersystem beispielsweise wie folgt. Der Griff der Steuerstation wird von der Position "ganz nach vorne" in die Position "ganz zurück" verschoben. Gleichzeitig ändert sich am Ausgang des Drehübertragers, der starr mit der Leitstelle verbunden ist, das Vorzeichen des Ansteuersignals ins Gegenteil. Dieses Signal durchläuft die Steuerblöcke 1a-~1v oder 16-1v (der erste Fall - für den Modus mit konstanter Geschwindigkeit, der zweite - für den Modus mit konstanter Leistung) zu den Steuerblöcken 4a und 46 Thyristorgleichrichtern 5a und 56. Blöcke 4a und 46 wirken so, dass der Thyristor-Gleichrichter 5a, der die Vorwärts-Erregerwicklung OVVG^.u speist, schließt und der Gleichrichter 56 öffnet Diese Umschaltung erfolgt mit dem Vorzeicheninverter 3. Die Generatoren werden in entgegengesetzter Richtung erregt Richtung, und das HEM wird umgekehrt. In diesem Fall ändern sich die Hauptparameter des GEM (Drehzahl, Strom, Spannung) dramatisch. Der Hauptstromkreis wechselt das Vorzeichen und bleibt, nachdem er seinen Maximalwert erreicht hat, für längere Zeit ungefähr auf diesem Wert. Trotz des relativ hohen Stroms des Hauptstromkreises arbeitet die Zusatzwicklung des HEM nicht, bis der Propeller fast vollständig zum Stillstand kommt, d.h. bei konstantem Strom des HEM ist es umgekehrt. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Schaltung die Einstellung des Betriebs der zusätzlichen Wicklung OVVDop in Abhängigkeit von der Rückleistung vorsieht.

Im Moment der Rekuperation sendet die Rückleistungslogik 12 ein Signal an die Steuereinheit 1d, die, auf die Steuerschaltung des Thyristorgleichrichters 5v einwirkend, diesen sperrt. Wenn die regenerative Periode endet, wird die zusätzliche Wicklung des OVVD ^ ^n in Betrieb genommen, der Erregerstrom des HEM steigt an, der Strom des Hauptkreises nimmt ab und bald nähern sich die Hauptparameter des GEM dem Normalzustand.

Ausführlichere Informationen zu Antriebselektrik finden Sie in.

Andere Arten der Kraftübertragung von der Antriebsmaschine zum Propeller sollten hydraulische Übertragungen umfassen. In Schiffskraftwerken werden zwei Arten von Getrieben verwendet: hydraulische Kupplungen und Drehmomentwandler. Für die Kraftwerke von Eisbrechern sind hauptsächlich Drehmomentwandler und hydraulische Drehmomentwandler von Interesse.

Drehmomentwandler haben die Fähigkeit, das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit vom Drehmoment an der Abtriebswelle bei praktisch konstanter Drehzahl des Primärmotors sanft zu ändern, d.h. sie sind selbstregulierend und gewährleisten gleichzeitig ein zufriedenstellendes Traktionsverhalten des Kraftwerks.

Verglichen mit dem Kraftwerk haben Drehmomentwandler folgende Vorteile: geringeres Gewicht und Abmessungen, geringere Baukosten und weniger Personal für das Abendessen.

Drehmomentwandler haben jedoch auch sehr erhebliche Nachteile: geringe Flexibilität des Installationsschemas (da während der hydraulischen Übertragung jeder Hauptmotor nur mit einer Propellerwelle verbunden ist), relativ geringe Leistung im Rückwärtsgang (20-30 % niedriger als im Vorwärtsgang). Darüber hinaus kann bei Teillast das Drehmoment des Drehmomentwandlers unzureichend sein, wenn Eis unter die Propellerblätter gelangt, wodurch der Propeller stoppen und sogar brechen kann. Der Mangel an praktischer Erfahrung beim Betrieb von Schiffen mit Drehmomentwandlern bei Eisbedingungen erlaubt es uns nicht, eine erschöpfende Antwort auf die Zweckmäßigkeit des Einbaus auf Eisbrechern zu geben.