ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА АВТОНОМНОГО ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2009 года по МПК B63H23/00 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к электроэнергетическим установкам (ЭЭУ) судовых, корабельных, подводных подвижных объектов и может быть использовано на автономных подвижных объектах различного назначения.

Известны судовые ЭЭУ (см. книги: Бабаев A.M., Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые электроприводы. - М.: Транспорт, 1986.- 448 с, Быковский Ю.И., Шеинцев Е.А. Электрооборудование судов рыбной промышленности. - М.: Колос, 1996 - 351 с.), включающие главный тепловой двигатель, валогенератор, редуктор, вспомогательные тепловые двигатели, соединенные с генераторами переменного тока, главные распределительные шины, от которых получают питание асинхронные электродвигатели в морском исполнении, приводящие во вращение через редуктор винты регулируемого шага подруливающих устройств различного исполнения.

К недостаткам известных ЭЭУ следует отнести:

- невозможность отбора мощности от валогенератора при изменении частоты вращения главного теплового двигателя;

- использование дорогостоящих винтов регулируемого шага в подруливающих устройствах;

- применение традиционных асинхронных двигателей с неэкономичными способами пуска и регулирования частоты вращения в подруливающих устройствах.

Известна ЭЭУ автономного подвижного объекта (см. статью Гилерович Ю.И. Экономичные судовые электроэнергетические системы. // Судостроение за рубежом. 1983. №10. С.39-41), содержащая главный тепловой двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к главным распределительным шинам через полупроводниковый преобразователь частоты (ППЧ), выполненный на неполностью управляемых силовых приборах. С шинами также соединены генераторы переменного тока, приводимые во вращение вспомогательными тепловыми двигателями. От главных распределительных шин получают питание мощные бортовые асинхронные электроприводы.

Недостатками данной установки являются:

- невозможность пуска мощных бортовых приводов от ППЧ без существенных изменений в его силовой схеме и введения дополнительных цепей в схеме ЭЭУ;

- использование неэкономичных способов пуска и регулирования частоты вращения традиционных асинхронных электроприводов;

- возможность возникновения недопустимых провалов напряжения на шинах электростанции при пуске мощных асинхронных электроприводов.

Известна ЭЭУ автономного подвижного объекта (см. авторское свидетельство на изобретение СССР №1137015), выбранная авторами в качестве прототипа, содержащая главный тепловой двигатель, соединенный через редуктор с валогенератором переменного тока, который связан через ППЧ с главными распределительными шинами, при этом ППЧ собран на неполностью управляемых силовых приборах, выполненных по схеме "управляемый выпрямитель-ведомый инвертор", "циклоконвертор" (непосредственный преобразователь частоты), вспомогательные тепловые двигатели, приводящие во вращение генераторы переменного тока, электродвигатели подруливающих устройств, получающих питание от главных распределительных шин.

Эта ЭЭУ более совершенна, однако ей присущи недостатки, снижающие надежность и экономичность, а именно:

- невозможность применения штатных (бортовых) ППЧ для питания электродвигателей переменного тока подруливающих устройств без существенных изменений в силовой схеме ППЧ и без введения дополнительных цепей и коммутирующих аппаратов в схеме ЭЭУ;

- невозможность использования более экономичных бесконтактных частотно-регулируемых электродвигателей вместо традиционных;

- использование неэкономичных способов пуска и регулирования частоты вращения традиционных электродвигателей переменного тока, что приводит к провалам напряжения на шинах электростанции;

- применение в подруливающих устройствах дорогостоящих винтов регулируемого шага со сложной системой управления шагом винта.

Технической задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД и надежности электроприводов подруливающих устройств.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной ЭЭУ автономного подвижного объекта, содержащей главный тепловой двигатель, соединенный через редуктор с валогенератором переменного тока через ППЧ, вспомогательные тепловые двигатели, приводящие во вращение генераторы переменного тока, электродвигатель переменного тока подруливающего устройства, получающего питание от главных распределительных шин, ППЧ выполнен на полностью управляемых силовых приборах, а его выход соединен дополнительной электрической цепью и коммутационным аппаратом с электродвигателем переменного тока подруливающего устройства. Электродвигатель переменного тока подруливающего устройства выполнен в виде низкочастотного бесконтактного тихоходного электродвигателя, работающего в морской воде, закрытого или открытого исполнения, при этом вращающий момент передается к винту фиксированного шага непосредственно (без редуктора).

В другой модификации, электродвигатель переменного тока подруливающего устройства выполнен в виде частотно-регулируемого бесконтактного электродвигателя стандартной номинальной частоты, работающего в морской воде, закрытого или открытого исполнения, а вращающий момент передается к винту фиксированного шага через редуктор.

Изобретение позволяет снизить стоимость и улучшить массогабаритные показатели подруливающего устройства вследствие отказа от использования пускорегулирующей аппаратуры электродвигателя подруливающего устройства, поскольку последний в маневренных режимах получает питание непосредственно от штатного (бортового) ППЧ, а также путем применения частотно-регулируемых электродвигателей, имеющих более высокий КПД, чем электродвигатели традиционного исполнения.

Сущность изобретения поясняют представленные на фиг.1, 2 принципиальные схемы ЭЭУ автономного подвижного объекта.

ЭЭУ содержит главный тепловой двигатель 1, соединенный через редуктор 2 с валогенератором переменного тока 3, выход которого через коммутационный аппарат 4 подключен ко входу ППЧ 5, выполненного на полностью управляемых силовых приборах. Вход ППЧ 5 также соединен с главными распределительными шинами 6 с помощью коммутационного аппарата 7 и электрической цепи 8. Выход ППЧ 5 соединен коммутационными аппаратами 9 и 10 соответственно, с дополнительной электрической цепью И, подключенной к электродвигателю переменного тока подруливающего устройства 12, работающему в морской воде, и главными распределительными шинами 6 соответственно. Электродвигатель переменного тока подруливающего устройства 12, работающий в морской воде, выполненный в виде низкочастотного бесконтактного тихоходного электродвигателя закрытого или открытого исполнения, соединен с винтом фиксированного шага 13 непосредственно (без редуктора). Вспомогательные тепловые двигатели 14 и 15 соединены с генераторами 16 и 17, подключенными к главным распределительным шинам 6 через коммутационные аппараты 18 и 19.

В модификации ЭЭУ, представленной на фиг.2, электродвигатель переменного тока подруливающего устройства 12, работающий в морской воде, выполненный в виде частотно-регулируемого бесконтактного электродвигателя стандартной номинальной частоты закрытого или открытого исполнения, соединен с винтом фиксированного шага 13 через редуктор 20.

Электроэнергетическая установка автономного подвижного объекта работает следующим образом.

В ходовом режиме осуществляется отбор мощности от главного теплового двигателя 1 и потребители электрической энергии автономного подвижного объекта получают питание от валогенератора переменного тока 3 через ППЧ 5 при замкнутом коммутационном аппарате 10. ППЧ 5 обеспечивает стабилизацию амплитуды и частоты питающего напряжения при изменении частоты вращения главного теплового двигателя 1. Вспомогательные тепловые двигатели 14, 15 и генераторы переменного тока 16, 17 не работают.

В маневренных режимах автономного подвижного объекта запускаются вспомогательные тепловые двигатели 14, 15, приводящие во вращение генераторы переменного тока 16, 17 соответственно. Генераторы 16, 17 подключаются к главным распределительным шинам 6 коммутационными аппаратами 18 и 19 и обеспечивают потребителей электроэнергией. Валогенератор переменного тока 3 и ППЧ 5 отключаются от главных распределительных шин 6 коммутационными аппаратами 4 и 10. Затем вход ППЧ 5 с помощью электрической цепи 8 и коммутационного аппарата 7 вновь подключается к главным распределительным шинам 6, а к выходу ППЧ 5 с помощью дополнительной электрической цепи 11 и коммутационного аппарата 9 подключается электродвигатель переменного тока подруливающего устройства 12, работающий в морской воде. При данной схеме обеспечивается плавный пуск, торможение, реверс и регулирование частоты вращения электродвигателя переменного тока подруливающего устройства 12 при использовании штатного (бортового) ППЧ 5.

Аналогично можно осуществить питание и других мощных электроприводов автономного подвижного объекта.

Изобретение относится к электроэнергетическим установкам судовых подвижных объектов и может быть использовано на автономных подвижных объектах различного назначения. Установка содержит главный тепловой двигатель, редуктор, валогенератор переменного тока, полупроводниковый преобразователь частоты с главными распределительными шинами, вспомогательные тепловые двигатели, приводящие во вращение генераторы переменного тока, электродвигатель переменного тока подруливающего устройства, получающий питание от главных распределительных шин, соединенный с винтом фиксированного шага. Электродвигатель переменного тока подруливающего устройства соединен дополнительной электрической цепью и коммутационным аппаратом с выходом полупроводникового преобразователя частоты, выполненного на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах. Технический результат заключается в повышении КПД и энергетических показателей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электроэнергетическая установка автономного подвижного объекта, содержащая главный тепловой двигатель, соединенный через редуктор с валогенератором переменного тока, который связан через полупроводниковый преобразователь частоты с главными распределительными шинами, вспомогательные тепловые двигатели, приводящие во вращение генераторы переменного тока, электродвигатель переменного тока подруливающего устройства, получающий питание от главных распределительных шин, соединенный с винтом фиксированного шага, отличающаяся тем, что электродвигатель переменного тока подруливающего устройства соединен дополнительной электрической цепью и коммутационным аппаратом с выходом полупроводникового преобразователя частоты, выполненного на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах.2. Электроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что электродвигатель переменного тока подруливающего устройства выполнен в виде частотно-регулируемого низкочастотного бесконтактного тихоходного электродвигателя закрытого или открытого исполнения.3. Электроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что электродвигатель переменного тока подруливающего устройства выполнен в виде частотно-регулируемого бесконтактного электродвигателя стандартной номинальной частоты закрытого или открытого исполнения.