ГРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2020 года по МПК H02J3/34 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания гребных электрических установка судов, а также при создании других электрических установок, в которых используются трансформаторы, мощность которых соизмерима с мощностью источника питания.

В состав гребных электрических установок, далее ГЭУ, как правило, входит несколько статических преобразователей частоты (ПЧ), обеспечивающих питание электродвигателей привода гребных винтов. Номинальные входные напряжения ПЧ отличаются от номинальных напряжений сети, поэтому в состав ГЭУ входит несколько мощных согласующих трансформаторов. Входные токи преобразователей частоты не синусоидальны, в связи с этим вторичные обмотки согласующих выполняют с разными группами соединения так, чтобы токи высших гармоник, обусловленные работой ПЧ, не попадали в питающую сеть. Рациональное построение ГЭУ при разных числах гребных винтов и различных схемах входных цепей преобразователей частоты, при которых искажения питающей сети минимальны, приведено, например, в патенте ФРГ от 11.06.20017. WO 02100716 «Морская двигательная установка с уменьшенным коэффициентом искажения бортовой сети где преобразователи мощности или группы преобразователей мощности, как указано выше, по разному или имеют разные размеры в промежуточной цепи постоянного тока.

Известное устройство имеет следующие недостатки:

В ГЭУ, в связи с ограниченной мощностью источников питания, возникают проблемы связанные с тем, что при прямом подключении согласующего трансформатора к сети пусковой ток значительно превышает уставку токовой защиты выключателя, подключающего трансформатор.

Известен способ и схема устройства для безударного подключения (для «мягкого пуска») мощного трансформатора - патент RU №2481692 «Способ включения трансформатора». Известное устройство содержит трехфазный высоковольтный трансформатор небольшой мощности, цепь ограничивающих элементов (резистор R и реактор L) и, кроме того, должны входить высоковольтный выключатель для подключения устройства к питающей сети и выключатель для подключения цепи ограничивающих элементов к вторичной обмотке мощного трансформатора. Группы соединения мощного и маломощного трансформаторов должны быть одинаковыми.

Недостаток известного устройства по патенту RU №2481692 состоит в том, что это устройство индивидуальное. Кроме того, для подключения устройств мягкого пуска к сети необходим высоковольтный выключатель. Количество устройств мягкого пуска по патенту RU №2481692 в составе ГЭУ должно быть равно количеству мощных согласующих трансформаторов с разными группами соединения вторичных обмоток. Поэтому использование устройств по патенту RU №2481692 в ГЭУ с большим количеством мощных трансформаторов ухудшает массогабаритные показатели ГЭУ.

Прототипом заявляемой гребной электрической установки является устройство, схема которого приведена на стр. 144, рисунок 8.21, в книге А.Б. Дарьенков и др. (Учебное пособие) «Гребные электрические установки», Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2014 г., 219 с. В этой установке для ограничения токов включения согласующих трансформаторов используются «зарядные устройства» (ЗИ), которые подключаются параллельно выключателям, подключающим первичные обмотки трансформаторов к шинам распределительного устройства.

Недостаток известного решения состоит в том, что для каждого согласующего трансформатора необходимо отдельное ЗИ и для подключения каждого ЗИ необходимы два высоковольтных выключателя. Это существенно ухудшает массогабаритные показатели ГЭУ.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является улучшение массогабаритных характеристик гребных электрических установок.

Предлагаемая гребная электрическая установка, схема которой представлена на фиг. 1, отличается наилучшими массогабаритными показателями потому, что для реализации «мягкого пуска» всех согласующих трансформаторов с разными схемами соединений вторичных обмоток W2, и разными группами соединений обмоток используется минимальное количество дополнительных устройств.

Поставленная задача решается за счет того, что в гребной электрической установке, содержащей высоковольтное распределительное устройство с генераторными и фидерными выключателями, n гребных электродвигателей переменного тока с одной или несколькими трехфазными обмотками на статоре, n преобразователей частоты, обеспечивающих питание обмоток статоров гребных электродвигателей, k многообмоточных согласующих трансформаторов для питания преобразователей частоты и устройство для питания общесудовых потребителей, в состав которого входят трехфазный понижающий трансформатор и низковольтный распределительный щит, имеются следующие отличия: во всех согласующих трансформаторах, помимо вторичных обмоток, подключенных к входам преобразователей частоты, имеются маломощные намагничивающие обмотки, коэффициенты трансформации которых равны коэффициенту трансформации трансформатора, используемого для питания общесудовых потребителей и группы соединения намагничивающих обмоток совпадают с группой соединения трансформатора питания общесудовых потребителей, кроме того, что в состав гребной электрической установки входит одно устройство мягкого пуска, в состав которого входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения, вход которого с помощью выключателя подключается к шинам низковольтного распределительного щита, и блок k выключателей, подключенный к выходу регулятора для соединения выхода регулятора переменного напряжения с намагничивающими обмотками всех согласующих трансформаторов.

Сущность изобретения поясняется рисунком фиг. 1, на котором представлена схема предлагаемой гребной электрической установки.

В состав предлагаемой гребной электрической установки входят: высоковольтное распределительное устройство 1 с генераторными и фидерными выключателями, k согласующих трансформаторов 2 (трансформаторы 2₁±2k) с обмотками W1,W2 и, где Wм - маломощные намагничивающие обмотки, W1 - первичные обмотки согласующих трансформаторов, подключаемые с помощью фидерных выключателей к высоковольтному распределительному устройству 1, и обмотки W2 - вторичные обмотки, подключенные к преобразователям частоты 3₁±3n соответственно, n гребных электродвигателей переменного тока (электродвигатели 4±4n), понижающий трансформатор 5 для питания общесудовых потребителей судна напряжением 230 В или 400 В, распределительный щит сети собственных нужд 6 c k выключателями и устройство мягкого пуска 7, в состав которого входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения 8 и распределительный щит 9 в который входят k низковольтных выключателей, с помощью которых выход трехфазного регулятора переменного напряжения 8 подключается к намагничивающим обмоткам Wм трансформаторов 2.

При запуске предлагаемая гребная электрическая установка работает следующим образом. При готовности всех систем ГЭУ к запуску (при номинальном напряжении в распределительном устройстве 1, при работающем трансформаторе 5, обеспечивающим номинальное напряжение в распределительном щите сети собственных нужд 6 и при нормальной работе всех других систем обеспечения), следует подать питание на устройство мягкого пуска 7 и установить выходное напряжение трехфазного регулятора переменного напряжения 8 равным 0. Затем одним из выключателей щита 9 следует подключить выход регулятора 8 к обмотке Wм запускаемого трансформатора 2. При плавном повышении напряжения на выходе регулятора 8 от 0 до наибольшего значения происходит плавное увеличение магнитного потока в запускаемом трансформаторе и соответственно увеличивается напряжение на первичной обмотке. Коэффициент трансформации для намагничивающей обмотки (отношение чисел витков W1/Wм) должен быть таким, что при максимальном напряжении на выходе регулятора 8 напряжение на первичной обмотке W1 было равно выходному напряжению распределительного устройства 1. Группы соединения обмоток Wм всех трансформаторов 2 должны быть аналогичны группе соединения трансформатора 5.

При повышении выходного напряжения регулятора 8 повышаются также напряжения на вторичных обмотках (обмотках W2) трансформаторов 2. В результате этого происходит заряд всех конденсаторов во входных цепях преобразователя частоты. Таким образом, в предлагаемом устройстве полностью реализуются задачи мягкого пуска - намагничивание согласующих трансформаторов и заряд конденсаторов во входных цепях преобразователей частоты. После повышения напряжения на обмотке W1 трансформатора 2 до номинальной величины подключение этой обмотки к шинам высоковольтного распределительного устройства (включение соответствующего выключателя в распределительном устройстве 1) происходит без броска тока.

Техническое преимущество предлагаемого устройства перед прототипом состоит в том, что в целом гребная электрическая установка становится более компактной потому, что:

- в распределительном устройстве высокого напряжения не нужны высоковольтные выключатели для подключения устройств мягкого пуска;

- одно устройство мягкого пуска можно использовать для намагничивания всех согласующих трансформаторов, независимо от числа и групп соединения вторичных обмоток.

Указанное преимущество достигается тем, что во всех мощных согласующих трансформаторах, имеющихся в ГЭУ, должны быть намагничивающие обмотки. При работе устройства мягкого пуска ток намагничивающей обмотки равен току намагничивания (току холостого хода подключенного трансформатора), который у мощных трансформаторов не превышают 0,5% номинального тока. Кроме того, намагничивающая обмотка используются кратковременно и поэтому оснащение согласующего трансформатора такой обмоткой не должно значительно изменять его массо-габаритные показатели; использование одного устройства для мягкого пуска всех согласующих трансформаторов позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели гребной электрической установки по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электроустановок транспортных средств с ограниченной мощностью источника питания в случаях, когда в состав электроустановок входит несколько мощных согласующих трансформаторов, при прямом подключении которых к сети пусковые токи значительно превышают уставки токовых защит. Для безударного подключения (для «мягкого пуска») во всех мощных согласующих трансформаторах, имеющихся в ГЭУ, должны быть намагничивающие обмотки мощностью не более 0,5% от номинальной мощности трансформатора. Коэффициенты трансформации и группы соединения намагничивающих обмоток должны быть такими же, как у трансформатора, используемого для питания общесудовых потребителей. Подключение всех согласующих трансформаторов осуществляется поочередно одним устройством, в состав которого входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения, вход которого с помощью выключателя подключается к шинам низковольтного распределительного щита, и блок выключателей, подключенный к выходу регулятора для соединения выхода регулятора переменного напряжения с намагничивающими обмотками всех согласующих трансформаторов. 1 ил.

Гребная электрическая установка, в состав которой входят: высоковольтное распределительное устройство с генераторными и фидерными выключателями, несколько гребных электродвигателей переменного тока с одной или несколькими трехфазными обмотками на статоре, несколько преобразователей частоты, обеспечивающих питание обмоток статоров гребных электродвигателей, несколько многообмоточных согласующих трансформаторов для питания преобразователей частоты и устройство для питания общесудовых потребителей, в состав которого входят трехфазный понижающий трансформатор и низковольтный распределительный щит,

отличающаяся тем, что во всех согласующих трансформаторах помимо вторичных обмоток, подключенных к входам преобразователей частоты, имеются маломощные намагничивающие обмотки, коэффициенты трансформации которых равны коэффициенту трансформации трансформатора, используемого для питания общесудовых потребителей, а также группы соединения намагничивающих обмоток совпадают с группой соединения трансформатора питания общесудовых потребителей, а также входит низковольтный трехфазный регулятор переменного напряжения, вход которого с помощью выключателя подключается к шинам низковольтного распределительного щита, к выходу регулятора подключено несколько выключателей для соединения с намагничивающими обмотками всех согласующих трансформаторов.