RU132774U1

RU132774U1 - SHIP ELECTRIC POWER PLANT

Info

Publication number: RU132774U1
Application number: RU2013115580/11U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Григорьев; Юрий Александрович Кулагин; Роман Вячеславович Митрофанов; Алексей Юрьевич Васильев
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-09-27

Abstract

1. Судовая электроэнергетическая установка, содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, гребной электродвигатель, подсоединяемый к гребному винту, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, а также управляемый и обратимый преобразователь частоты, имеющий в своем составе последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера, во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который через дроссель преобразователя соединен с силовым входом управляемого выпрямителя, а информационные выходы упомянутых датчиков соединены с контроллером выпрямителя, в цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к локальному блоку управления, связанному с системой управления установки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит преобразователь частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме упомянутого выше преобразователя частоты, также дополнительно содержит дроссель и фильтр, при1. Marine electric power plant, comprising a main engine connected to the main generator, an additional engine connected to the additional generator, a propeller motor connected to the propeller, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and sensors voltage, as well as a controlled and reversible frequency converter, having in its composition series-connected controlled rectifier and inverter, each of which it is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller, a phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected through the converter choke with the power input of a controlled rectifier, and the information outputs of the above sensors are connected to the rectifier controller, in the circuit between the current sensor a rectifier power circuit and a current sensor of the input power circuit of the inverter has a capacitor storage device for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the installation control system, characterized in that it further comprises a converter frequency, the functional diagram of which is identical to the functional diagram of the above frequency converter, also further comprises a choke and a filter, with

Description

Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам, содержащими полупроводниковые преобразователи частоты и объединенным с системами электродвижения.The utility model relates to shipbuilding, in particular to ship electric power plants containing semiconductor frequency converters and combined with electric propulsion systems.

В качестве преобразователей в установках используются полупроводниковые схемы, обладающие высокими энергетическими показателями и надежностью.Semiconductor circuits having high energy performance and reliability are used as converters in plants.

Так известна аналогичная «Судовая валогенераторная установка» [Патент РФ на полезную модель №119322 от 27.02.2012], обеспечивающая генераторный режим питания судовых электропотребителей и двигательный режим для раздельной или совместной работы с главным двигателем в пропульсивной установке. Судовая валогенераторная установка содержит двигатель приводного вала, механически связанный с автогенератором, который через электрическую цепь, содержащую преобразователь частоты, датчики тока и напряжения соединен с шинами судовых электропотребителей, к которым также подсоединен вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем. Двигатель приводного вала соединен с автогенератором через редуктор, на выходе к автогенератору и входе которого установлены разъединительные муфты. В упомянутой электрической цепи между автогенератором и преобразователем частоты последовательно подключены первый датчик тока и входной дроссель, за преобразователем частоты - выходной дроссель, LC-фильтр, второй датчик тока и первый автоматический выключатель, подсоединенный к шинами судовых электропотребителей. Преобразователь частоты имеет в своем составе встречно включенные электрически обратимые первый и второй выпрямители с векторным управлением, каждый из которых имеет свой контроллер. К каждому выпрямителю на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчик тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров. Между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения, выход которого подключен ко вторым входам контроллеров. К выходу автогенератора подсоединен датчик входного напряжения, выход которого подсоединен к третьему входу контроллера первого выпрямителя. Датчик выходного напряжения, установленный в электрической цепи перед первым автоматическим выключателем, подсоединен к третьему входу контроллера второго выпрямителя, к четвертому входу которого подсоединен выход второго датчика тока, а первый датчик тока подсоединен к четвертому входу контроллера первого выпрямителя. Установка снабжена, также, задатчиком режимов с внешним управлением, подсоединенным к пятым входам обоих контроллеров, при этом между вспомогательным генератором и шинами судовых электропотребителей установлен второй автоматический выключатель.So known is the similar “Ship shaft generator set” [RF Patent for Utility Model No. 119322 of 02.27.2012], which provides a generator power supply mode for ship electrical consumers and a motor mode for separate or joint operation with the main engine in a propulsion system. The ship shaft generator installation comprises a drive shaft motor mechanically coupled to a self-oscillator, which is connected through the electric circuit containing a frequency converter, current and voltage sensors to the tires of ship electrical consumers, to which an auxiliary generator is also connected mechanically connected to the auxiliary engine. The drive shaft motor is connected to the oscillator through a gearbox, at the outlet to the oscillator and the input of which disconnect couplings are installed. In the aforementioned electric circuit, between the oscillator and the frequency converter, a first current sensor and an input choke are connected in series, behind the frequency converter - an output choke, an LC filter, a second current sensor and a first circuit breaker connected to the tires of marine electrical consumers. The frequency converter incorporates on-board electrically reversible first and second vector-controlled rectifiers, each of which has its own controller. To each rectifier on the DC side is connected, respectively, the first and second current sensors of the frequency converter, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers. A capacitor bank of a DC link with a voltage sensor is connected between the current sensors of the frequency converter, the output of which is connected to the second inputs of the controllers. An input voltage sensor is connected to the output of the oscillator, the output of which is connected to the third input of the controller of the first rectifier. An output voltage sensor installed in an electric circuit in front of the first circuit breaker is connected to the third input of the controller of the second rectifier, the fourth input of which is connected to the output of the second current sensor, and the first current sensor is connected to the fourth input of the controller of the first rectifier. The installation is also equipped with a mode dial with external control connected to the fifth inputs of both controllers, and a second circuit breaker is installed between the auxiliary generator and the ship's electrical consumers' tires.

В этой же установке в качестве валогенератора может быть использованы электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов и несколько вспомогательных двигателей, каждый из которых связан с дополнительным генератором.In the same installation, an electric machine with excitation from permanent magnets and several auxiliary engines, each of which is connected with an additional generator, can be used as a shaft generator.

Эта установка имеет следующие недостатки:This installation has the following disadvantages:

- генераторный режим работы валогенераторной установки возможен в ограниченном диапазоне по частоте вращения двигателя приводного вала, механически связанного с гребным винтом;- the generator operating mode of the shaft generator is possible in a limited range of the rotational speed of the drive shaft motor mechanically connected to the propeller;

- двигатель приводного вала с механической передачей энергии на гребной винт работает в широком диапазоне частот вращения с понижением КПД преобразования и передачи энергии;- the drive shaft engine with mechanical energy transfer to the propeller operates in a wide range of rotational speeds with lower efficiency of conversion and energy transfer;

- пониженная надежность установки из-за наличия редуктора.- reduced installation reliability due to the presence of a gearbox.

В качестве прототипа выбрана наиболее близкая «Судовая электроэнергетическая установка» [Патент РФ на полезную модель №124246 от 12.07.2012 г.], содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором, который через электрическую цепь, имеющую в своем составе первый автоматический выключатель, главные шины и преобразователь частоты соединен с гребным электродвигателем, подсоединяемым к гребному винту, содержащая также шины питания судовых электропотребителей, соединенные через трансформатор с главными шинами, и содержащая дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, который через второй автоматический выключатель подключен к шинам электропотребителей. В качестве главного генератора и дополнительного генератора использованы трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, снабженные на выходе, соответственно, первым и вторым датчиками тока фаз. Установка также дополнительно имеет систему управления, выполненную с обеспечением возможности подключения к системе управления верхнего уровня. Система управления установки подсоединена к первому и второму датчикам тока фаз, а также к датчику напряжения, установленному на шинах электропотребителей. Преобразователь частоты выполнен управляемым обратимым и содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. С силовым входом управляемого выпрямителя соединен дроссель, подсоединенный другим выводом к датчику напряжения фаз и третьему автоматическому выключателю, который своим другим выводом подключен к главным шинам. Датчик напряжения фаз связан с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к задатчику режимов, который является локальным блоком управления преобразователя частоты и связан с системой управления установки в целом.As the prototype, the closest “Ship electric power installation” was chosen [RF Patent for Utility Model No. 124246 dated July 12, 2012], containing a main engine connected to a main generator, which, through an electric circuit that includes a first circuit breaker, main the tires and the frequency converter is connected to the propeller motor connected to the propeller, which also contains the power supply cables of ship electrical consumers, connected through the transformer to the main tires, and contains a ln engine connected to an additional generator, which is connected to the buses of electric consumers through a second circuit breaker. Three-phase generators with electromagnetic excitation are used as the main generator and additional generator, equipped with the first and second phase current sensors at the output, respectively. The installation also additionally has a control system made with the possibility of connecting to a top-level control system. The control system of the installation is connected to the first and second phase current sensors, as well as to a voltage sensor mounted on the buses of electric consumers. The frequency converter is made controlled reversible and contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller; current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A choke is connected to the power input of the controlled rectifier, connected by another terminal to a phase voltage sensor and a third circuit breaker, which is connected to the main buses by its other terminal. The phase voltage sensor is connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, a DC link capacitor drive is installed, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to the mode dial, which is a local control unit of the frequency converter and is connected with the control system of the installation as a whole.

Недостатками данной установки являются:The disadvantages of this installation are:

- повышенные габариты и масса установки за счет применения в схеме трансформатора;- increased dimensions and weight of the installation due to the use of a transformer in the circuit;

- зависимость величины и качества выходного напряжения трансформатора от величины и качества входного напряжения, а также от величины и гармонического состава тока, потребляемого судовыми электропотребителями.- the dependence of the magnitude and quality of the output voltage of the transformer on the magnitude and quality of the input voltage, as well as on the magnitude and harmonic composition of the current consumed by ship electrical consumers.

- отсутствие возможности регулирования, стабилизации и симметрирования напряжения непосредственно на шинах питания судовых электропотребителей, а так же компенсации реактивной мощности иным способом, кроме как с помощью дополнительного генератора;- the lack of the ability to regulate, stabilize and balance the voltage directly on the power buses of ship electrical consumers, as well as compensation for reactive power in a different way, except with the help of an additional generator;

- отсутствие возможности дополнительного регулирования напряжения на главных шинах за счет изменения частоты вращения при ограничении и постоянстве возбуждения главного генератора.- the lack of the possibility of additional voltage regulation on the main tires due to changes in rotational speed with limitation and constancy of excitation of the main generator.

Кроме того, дополнительным недостатком является то, что применение в качестве источника питания электроэнергетической системы судна главного генератора в виде низкочастотной синхронной машины с электромагнитной системой возбуждения, приводимой во вращение соответствующим низкооборотным главным двигателем, что в совокупности, существенно увеличивает массу и габариты установки, а наличие возбудителя и системы передачи электроэнергии на вращающийся ротор в главном генераторе, снижает надежность и вызывает дополнительные потери.In addition, an additional drawback is that the use of the main generator as a power source for the ship’s electric system in the form of a low-frequency synchronous machine with an electromagnetic excitation system, driven by the corresponding low-speed main engine, which in aggregate significantly increases the weight and dimensions of the installation, and the availability of the pathogen and the system for transmitting electricity to a rotating rotor in the main generator, reduces reliability and causes additional losses.

Задача, решаемая Полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой надежной судовой электроэнергетической установки с расширенными функциональными возможностями.The task solved by the Utility Model is to expand the arsenal of funds and create a new reliable shipboard electric power plant with advanced functionality.

Достигаемый технический результат заключается:The technical result achieved is:

- в снижении габаритов и массы установки за счет исключения из схемы трансформатора;- in reducing the dimensions and weight of the installation due to exclusion from the transformer circuit;

- в повышении КПД и качества электроэнергии за счет стабилизации напряжения в звене постоянного тока, компенсации реактивной составляющей тока во входной и выходной цепях, а так же фильтрации и симметрирования трехфазной системы напряжений преобразователем частоты непосредственно на шинах питания судовых электропотребителей;- to increase the efficiency and quality of electricity by stabilizing the voltage in the DC link, compensating the reactive component of the current in the input and output circuits, as well as filtering and balancing the three-phase voltage system with a frequency converter directly on the power buses of ship electrical consumers;

- в возможности дополнительного регулирования напряжения на главных шинах за счет изменения частоты вращения при ограничении и постоянстве возбуждения главного генератора;- the possibility of additional voltage regulation on the main tires due to changes in the rotational speed with limitation and constancy of excitation of the main generator;

- в возможности дополнительного регулирования напряжения и частоты на шинах питания судовых электропотребителей за счет изменения частоты вращения дополнительного генератора в пределах, определяемых допустимым диапазоном изменения частоты и напряжения питания судовых электропотребителей.- the possibility of additional regulation of the voltage and frequency on the power buses of ship electrical consumers by changing the rotation frequency of the additional generator within the limits determined by the permissible range of changes in the frequency and voltage of the power supply of ship electrical consumers.

Дополнительным результатом является то, что питание электроэнергетической системы судна осуществляется от главного генератора, в качестве которого применена высокооборотная (свыше 6000 об/мин) синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов, приводимая во вращение соответствующим высокооборотным главным двигателем (газотурбинным или паротурбинным двигателем), что приводит к значительному снижению массы и габаритов установки, а отсутствие возбудителя в системе передачи электроэнергии на вращающийся ротор и отсутствие обмоток возбуждения на роторе в главном генераторе повышает надежность и исключает дополнительные потери. Использование в качестве генератора электрической машины с раздельными системами трехфазных обмоток для системы электродвижения и для питания судовых электропотребителей также обеспечит дополнительное повышение надежности, без использования трансформатора для гальванической развязки.An additional result is that the ship’s power system is supplied from the main generator, which uses a high-speed (over 6000 rpm) synchronous machine with permanent magnet excitation, driven by a corresponding high-speed main engine (gas turbine or steam turbine engine), which leads to a significant reduction in the mass and dimensions of the installation, and the absence of a pathogen in the transmission system of electric power to a rotating rotor and the absence of windings excitation on the rotor in the main generator increases reliability and eliminates additional losses. The use of a three-phase winding system as an electric generator with separate systems for the electric propulsion system and for supplying marine electrical consumers will also provide an additional increase in reliability without using a transformer for galvanic isolation.

Возможно применение нескольких дополнительных двигателей, каждый из которых аналогичным образом связан с системой управления установки и со своим дополнительным генератором, соединенным с помощью автоматического выключателя с шинами питания электропотребителей.It is possible to use several additional motors, each of which is similarly connected with the control system of the installation and with its additional generator connected via a circuit breaker to the power supply busbars.

Поставленная задача решается изменением функциональной схемы установки.The problem is solved by changing the functional diagram of the installation.

Судовая электроэнергетическая установка содержит главный двигатель, соединенный с главным генератором, дополнительный двигатель, соединенный с дополнительным генератором, гребной электродвигатель, подсоединяемый к гребному винту, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения. Имеющийся в схеме установки управляемый и обратимый преобразователь частоты содержит последовательно соединенные управляемые выпрямитель и инвертор, каждый из которых снабжен собственным контроллером, в выходной силовой цепи выпрямителя и входной силовой цепи инвертора установлены датчики тока, каждый из которых связан с соответствующим информационным входом соответствующего контроллера. Во входной цепи преобразователя частоты установлены датчик напряжения фаз и датчик тока фаз, который через дроссель преобразователя соединен с силовым входом управляемого выпрямителя. Информационные выходы упомянутых датчиков соединены с контроллером выпрямителя. В цепи между датчиком тока выходной силовой цепи выпрямителя и датчиком тока входной силовой цепи инвертора установлен конденсаторный накопитель звена постоянного тока, а также датчик постоянного напряжения, подключенный к обоим контроллерам, которые также подсоединены к локальному блоку управления, связанному с системой управления установки. От прототипа установка отличается тем, что дополнительно содержит преобразователь частоты, функциональная схема которого идентична функциональной схеме упомянутого выше преобразователя частоты. Установка также дополнительно содержит дроссель и фильтр. Главный генератор через цепь, включающую последовательно соединенные: первый автоматический выключатель, главные шины, второй автоматический выключатель первый преобразователь частоты, дроссель, фильтр, датчик выходного тока фаз первого преобразователя частоты, датчик выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты и третий автоматический выключатель, - соединен с шинами питания судовых электропотребителей, к которым через четвертый автоматический выключатель подсоединен дополнительный генератор. Локальный блок управления первого преобразователя частоты соединен с входами управления второго и третьего автоматических выключателей. Датчик выходного тока фаз и датчик выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты соединены с входами контроллера инвертора этого преобразователя. К главным шинам через цепь, включающую: пятый автоматический выключатель, второй преобразователь частоты, датчик тока фаз второго преобразователя частоты, шестой автоматический выключатель, - подсоединен гребной электродвигатель. Локальный блок управления второго преобразователя частоты соединен с входами управления пятого и шестого автоматических выключателей, а датчик выходного тока фаз второго преобразователя частоты соединен с контроллером инвертора второго преобразователя частоты. Блоки управления главного и дополнительного двигателей соединены с системой управления установки, которая также соединена с датчиками напряжений фаз главных шин и шин питания судовых элекгропотребителей.The marine electric power plant comprises a main engine connected to the main generator, an additional engine connected to the additional generator, a propeller motor connected to the propeller, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and voltage sensors. The controllable and reversible frequency converter available in the installation circuit contains serially connected controlled rectifier and inverter, each of which is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller. A phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected through the inverter of the converter to the power input of the controlled rectifier. The information outputs of these sensors are connected to the rectifier controller. In the circuit between the current sensor of the output power circuit of the rectifier and the current sensor of the input power circuit of the inverter, there is a capacitor storage unit for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the control system of the unit. The installation differs from the prototype in that it further comprises a frequency converter, the functional diagram of which is identical to the functional diagram of the frequency converter mentioned above. The installation also further comprises a throttle and a filter. The main generator through a circuit including serially connected: the first circuit breaker, main buses, the second circuit breaker, the first frequency converter, a choke, a filter, a phase current sensor of the phases of the first frequency converter, a phase output voltage sensor of the phases of the first frequency converter and a third circuit breaker, is connected to power supply cables for marine electrical consumers, to which an additional generator is connected through the fourth circuit breaker. The local control unit of the first frequency converter is connected to the control inputs of the second and third circuit breakers. The sensor of the output current of the phases and the sensor of the output voltage of the phases of the first frequency converter are connected to the inputs of the inverter controller of this converter. To the main buses through a circuit including: a fifth circuit breaker, a second frequency converter, a phase current sensor of a second frequency converter, a sixth circuit breaker, a propeller motor is connected. The local control unit of the second frequency converter is connected to the control inputs of the fifth and sixth circuit breakers, and the phase current output sensor of the second frequency converter is connected to the inverter controller of the second frequency converter. The control units of the main and auxiliary engines are connected to the control system of the installation, which is also connected to the voltage sensors of the phases of the main buses and power buses of ship electrical consumers.

В качестве главного теплового двигателя предпочтительно применение высокооборотного газотурбинного или паротурбинного двигателя, а в качестве главного генератора и гребного электродвигателя - электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов.As the main heat engine, it is preferable to use a high-speed gas turbine or steam turbine engine, and as the main generator and propeller electric motor - electric machines with excitation from permanent magnets.

Судовая электроэнергетическая установка дополнительно может быть снабжена автоматическими выключателями, обеспечивающими подключение главных шин и шин питания судовых электропотребителей к соответствующим шинам электроэнергетической установки другого борта судна.The ship’s electric power plant can additionally be equipped with circuit breakers, which provide the connection of the main buses and power buses of ship electric consumers to the corresponding tires of the power plant of another side of the vessel.

Более подробно решение раскрыто в приведенном ниже примере реализации, и иллюстрируется Фигурой, на которой представлена функциональная схема установки.The solution is described in more detail in the example implementation below, and is illustrated by the Figure, which shows the functional diagram of the installation.

Судовая электроэнергетическая установка включает в себя главный тепловой двигатель 1, механически связанный с главным генератором 2, который, через электрическую цепь, содержащую первый автоматический выключатель 3, главные шины 4, второй автоматический выключатель 5, первый преобразователь частоты 6, дроссель 7, фильтр 8, датчик 9 выходного тока фаз первого преобразователя частоты и третий автоматический выключатель 10, соединен с шинами 11 питания судовых электропотребителей, к которым также, через четвертый автоматический выключатель 12 подсоединен дополнительный генератор 13, механически связанный с дополнительным двигателем 14. Главный генератор 2 также через электрическую цепь, содержащую: первый автоматический выключатель 3, главные шины 4, пятый автоматический выключатель 15, второй преобразователь частоты 16, датчик 17 выходного тока фаз второго преобразователя частоты и шестой автоматический выключатель 18, - соединен с гребным электродвигателем 19, который механически связан с гребным винтом 20 фиксированного шага.The ship’s electric power plant includes a main heat engine 1 mechanically connected to a main generator 2, which, through an electric circuit containing a first circuit breaker 3, main buses 4, a second circuit breaker 5, a first frequency converter 6, a choke 7, a filter 8, a sensor 9 of the output current of the phases of the first frequency converter and the third circuit breaker 10, is connected to the busbars 11 of the power supply of marine electrical consumers, to which also, through the fourth circuit breaker 12 connected an additional generator 13, mechanically connected with the additional engine 14. The main generator 2 is also through an electric circuit comprising: a first circuit breaker 3, main buses 4, a fifth circuit breaker 15, a second frequency converter 16, a sensor 17 of the output current of the phases of the second frequency converter and the sixth circuit breaker 18, is connected to the propeller motor 19, which is mechanically connected to the propeller 20 of a fixed pitch.

Преобразователи частоты 6 и 16 имеют идентичную функциональную схему. Для упрощения восприятия общей схемы установки на Фигуре раскрыто внутреннее устройство только первого преобразователя частоты 6.Frequency converters 6 and 16 have an identical functional diagram. To simplify the perception of the General installation scheme, the Figure discloses the internal device of only the first frequency converter 6.

Первый преобразователь частоты 6 имеет в своем составе встречно включенные управляемый выпрямитель 21 с векторным управлением и инвертор 22, каждый из которых имеет свой контроллер 23 и 24, соответственно. Выход инвертора является выходом преобразователя частоты.The first frequency converter 6 includes an on-board controlled vector-controlled rectifier 21 and an inverter 22, each of which has its own controller 23 and 24, respectively. The inverter output is the output of the frequency converter.

К выпрямителю 21 и инвертору 22 на стороне постоянного тока подключен, соответственно, первый и второй датчики 25 и 26 тока преобразователя частоты, выходы которых подключены к первым входам контроллеров 23 и 24, соответственно. Между упомянутыми датчиками тока преобразователя частоты подключен конденсаторный накопитель 27 звена постоянного тока и датчик 28 напряжения, выход которого подключен ко вторым входам обоих контроллеров 23, 24. Входная силовая цепь преобразователя частоты 6, включающая датчик 29 напряжения фаз, датчик 30 тока фаз и дроссель 31 преобразователя, подключена к входу переменного тока управляемого выпрямителя 21. Сигнальные выходы датчиков 29 и 30 подсоединены, соответственно, к третьему и четвертому входам контроллера 23 управляемого выпрямителя 21.To the rectifier 21 and the inverter 22 on the DC side, respectively, the first and second sensors 25 and 26 of the current of the frequency converter are connected, the outputs of which are connected to the first inputs of the controllers 23 and 24, respectively. A capacitor bank 27 of the DC link and a voltage sensor 28 are connected between the mentioned current sensors of the frequency converter, the output of which is connected to the second inputs of both controllers 23, 24. The input power circuit of the frequency converter 6, including the phase voltage sensor 29, the phase current sensor 30, and the inductor 31 the converter is connected to the AC input of the controlled rectifier 21. The signal outputs of the sensors 29 and 30 are connected, respectively, to the third and fourth inputs of the controller 23 of the controlled rectifier 21.

В состав первого преобразователя 6 частоты также входит локальный блок управления 32, который отдельными интерфейсами связан с контроллерами 23 и 24 выпрямителя и инвертора соответственно, а так же с системой управления 33 установки.The first frequency converter 6 also includes a local control unit 32, which is connected via separate interfaces to the rectifier and inverter controllers 23 and 24, respectively, as well as to the installation control system 33.

Как отмечено выше, второй преобразователь частоты 16 имеет идентичную функциональную схему.As noted above, the second frequency converter 16 has an identical functional circuit.

Локальный блок 32 управления первого преобразователя частоты соединен с входами управления второго и третьего автоматических выключателей 5 и 10, соответственно.The local control unit 32 of the first frequency converter is connected to the control inputs of the second and third circuit breakers 5 and 10, respectively.

Сигнальные цепи датчика 9 выходного тока фаз первого преобразователя частоты соединены с третьим входом контроллера 24 инвертора. Аналогично подключены сигнальные цепи датчика 17 выходного тока фаз второго преобразователя частоты.The signal circuit of the sensor 9 of the output current phase of the first frequency converter is connected to the third input of the controller 24 of the inverter. Similarly, the signal circuits of the sensor 17 of the output current of the phases of the second frequency converter are connected.

Между датчиком 9 тока фаз и третьим автоматическим выключателем 10 установлен датчик 34 выходного напряжения фаз первого преобразователя частоты. Сигнальный выход датчика 34 соединен с четвертым входом контроллера 24.Between the sensor 9 of the phase current and the third circuit breaker 10, a sensor 34 of the output voltage of the phases of the first frequency converter is installed. The signal output of the sensor 34 is connected to the fourth input of the controller 24.

Локальный блок управления второго преобразователя частоты также соединен с системой управления 33 установки.The local control unit of the second frequency converter is also connected to the control system 33 of the installation.

Система управления 33 установки через датчики 35 и 36 напряжений фаз, например, встроенные, подключена к главным шинам 4 и шинам 11 питания судовых электропотребителей. Кроме того, система управления 33 установки отдельными интерфейсами связана с блоком управления 37 главного двигателя 1 и с блоком управления 38 дополнительного теплового двигателя 14, а также с системой верхнего уровня и с аналогичной системой управления установки другого борта (на Фигуре не показаны).The control system 33 of the installation through the sensors 35 and 36 of the phase voltages, for example, built-in, is connected to the main bus 4 and bus 11 of the power supply of marine electrical consumers. In addition, the control system 33 of the installation of individual interfaces is connected with the control unit 37 of the main engine 1 and with the control unit 38 of the additional heat engine 14, as well as with the upper level system and a similar control system of the installation of the other side (not shown in the Figure).

Шины 11 питания судовых электропотребителей установок обоих бортов судна могут быть соединены с помощью седьмого автоматического выключателя 39.Tires 11 power ship electrical consumers installations on both sides of the vessel can be connected using the seventh circuit breaker 39.

Главные шины 4 установки, при отключении своего главного генератора 2, могут быть соединены для питания от главного генератора установки другого борта, с помощью восьмого автоматического выключателя 40.The main busbars 4 of the installation, when disconnecting its main generator 2, can be connected to power from the main generator of the installation of the other side, using the eighth circuit breaker 40.

В качестве главного теплового двигателя 1 может быть использован высокооборотный газотурбинный или паротурбинный двигатель с номинальной частотой вращения свыше 6000 об/мин, а в качестве главного генератора 2 - высокооборотная электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов.As the main heat engine 1, a high-speed gas turbine or steam turbine engine with a nominal speed of more than 6000 rpm can be used, and as the main generator 2, a high-speed electric machine with excitation from permanent magnets.

Целесообразно применение главного генератора 2 с двумя изолированными трехфазными системами обмоток для раздельного питания шин 11 электропотребителей и гребного электродвигателя 19 через свои преобразователи 6 и 16 частоты.It is advisable to use the main generator 2 with two isolated three-phase winding systems for separate power supply of the busbars 11 of the electrical consumers and the propeller motor 19 through their frequency converters 6 and 16.

Возможно применение нескольких дополнительных двигателей 14, каждый из которых аналогичным образом связан с системой управления установки 33 и со своим дополнительным генератором 13, соединенным с помощью автоматического выключателя с шинами 11 питания электропотребителей.It is possible to use several additional motors 14, each of which is similarly connected with the control system of the installation 33 and with its additional generator 13 connected via a circuit breaker to the power supply busbars 11.

Судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом.Marine electric installation works as follows.

Система управления 33 установки по сигналам системы верхнего уровня, может перевести электроэнергетическую установку в следующие основные режимы работы:The control system 33 of the installation according to the signals of the upper level system can transfer the electric power installation to the following main operating modes:

- режим питания судовых электропотребителей и системы электродвижения;- power supply mode for ship electrical consumers and electric propulsion systems;

- стартерный режим главного теплового двигателя;- starter mode of the main heat engine;

- режим компенсации реактивной мощности на шинах питания судовых электропотребителей;- reactive power compensation mode on power buses of ship electric consumers;

- режим симметрирования по модулю и фазе напряжения на шинах питания судовых электропотребителей.- mode of balancing modulo and phase voltage on the power lines of ship electrical consumers.

В начале работы в режиме питания судовых электропотребителей главный двигатель 1 вращает главный генератор 2 с заданной системой 33, (через блок управления 37) номинальной частотой вращения, который через включенный автоматический выключатель 3, обеспечивает питание главных шин 4.At the beginning of the work in the power supply mode of marine electrical consumers, the main engine 1 rotates the main generator 2 with a given system 33, (through the control unit 37) at the nominal speed, which, through the on-off switch 3, provides power to the main tires 4.

Дополнительные двигатель 14 и дополнительный генератор 13, через включенный четвертый автоматический выключатель 12, обеспечивают электроэнергией шины 11 питания судовых электропотребителей. Система управления 33 установки, с помощью датчиков 35 и 36 напряжений фаз, контролирует амплитуды и частоты выходных напряжений главного и дополнительного генераторов 2 и 13, вычисляет частоты вращения главного двигателя 1 и дополнительного двигателя 14. Через блоки управления 37 и 38 главного и дополнительного двигателей 1 и 14, система управления 33 осуществляет регулирование частот вращения двигателей. Дополнительный генератор 13, например, с электромагнитным возбуждением, имеет встроенную систему возбуждения (на Фигуре не показана), которая регулирует амплитуду выходного напряжения генератора. Амплитуда и частота выходного напряжения главного генератора 2 поддерживается постоянными, а в случае применения генератора с возбуждением от постоянных магнитов - амплитуда поддерживается с помощью изменения его частоты вращения в допустимых для работы преобразователя 6, пределах. При обеспечении этих условий, локальный блок управления 32 включает второй автоматический выключатель 5. В первом преобразователе частоты блок 32 выдает сигналы задания в контроллеры 23 и 24, которые переводят выпрямитель 21 в режим управляемого выпрямления и стабилизации постоянного напряжения на конденсаторном накопителе 27 звена постоянного тока, а инвертор 22 - в режим инвертора, ведомого сетью (напряжением на шинах 11 питания судовых электропотребителей). При обеспечении условий синхронизации по частоте, фазе и амплитуде напряжений на шинах 11 питания судовых электропотребителей и на выходе преобразователя 6 после фильтра 8, измеряемых соответствующими датчиками 36 и 34, третий автоматический выключатель 10 может быть включен. Третий автоматический выключатель 10 включается после точной подстройки первым преобразователем 6 напряжений по частоте, фазе и амплитуде на выходе фильтра 8 для обеспечения «бестоковой» коммутации к шинам 11, находящимся под напряжением дополнительного генератора 13. После включения автоматического выключателя 10 первый преобразователь 6, под контролем тока с помощью датчика 9 тока фаз, принимает нагрузку, задаваемую системой верхнего уровня через систему управления 33 и локальный блок 32.The additional engine 14 and the additional generator 13, through the included fourth circuit breaker 12, provide electrical power to the bus 11 for supplying ship electrical consumers. The control system 33 of the installation, using sensors 35 and 36 of the phase voltages, monitors the amplitudes and frequencies of the output voltages of the main and additional generators 2 and 13, calculates the rotational speeds of the main engine 1 and additional engine 14. Through the control units 37 and 38 of the main and additional engines 1 and 14, the control system 33 controls the engine speeds. The additional generator 13, for example, with electromagnetic excitation, has a built-in excitation system (not shown in the Figure), which controls the amplitude of the output voltage of the generator. The amplitude and frequency of the output voltage of the main generator 2 is maintained constant, and in the case of a generator with excitation from permanent magnets, the amplitude is maintained by changing its speed in the range acceptable for the converter 6. Under these conditions, the local control unit 32 includes a second circuit breaker 5. In the first frequency converter, the unit 32 provides reference signals to the controllers 23 and 24, which put the rectifier 21 in the mode of controlled rectification and stabilization of the direct voltage on the capacitor storage 27 of the direct current link, and the inverter 22 - in the mode of the inverter driven by the network (voltage on the bus 11 power supply ship electrical consumers). Under the conditions of synchronization in frequency, phase and amplitude of the voltages on the busbars 11 of the power supply of marine electrical consumers and at the output of the converter 6 after the filter 8, measured by the respective sensors 36 and 34, the third circuit breaker 10 can be turned on. The third circuit breaker 10 is turned on after fine-tuning by the first converter 6 the voltages in frequency, phase and amplitude at the output of the filter 8 to provide "current-free" switching to the buses 11, which are energized by an additional generator 13. After turning on the circuit breaker 10, the first converter 6, under control current using the sensor 9 of the phase current, takes the load specified by the upper level system through the control system 33 and the local unit 32.

Электроэнергия, генерируемая главным генератором 2 передается на шины 11 судовых электропотребителей через преобразователь 6, который работает следующим образом.The electric power generated by the main generator 2 is transmitted to the tires 11 of the ship's electrical consumers through a converter 6, which operates as follows.

Выпрямитель 21 в режиме управляемого выпрямления получает питание от главного генератора 2, обеспечивает предварительный заряд конденсаторного накопителя 27 и формирует на своем силовом входе ШИМ-напряжение, модулированное по синусоидальному закону. Таким образом, на противоположных зажимах дросселя 29 формируется две, вращающиеся синхронно, трехфазных системы векторов напряжений: - со стороны выпрямителя 21 с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, а со стороны шин 11, трехфазная система векторов напряжений, генерируемая главным генератором 2.The rectifier 21 in the controlled rectification mode receives power from the main generator 2, provides a preliminary charge to the capacitor bank 27 and generates a PWM voltage modulated according to a sinusoidal law at its power input. Thus, on the opposite terminals of the inductor 29 two, three-phase, three-phase voltage vector systems are rotated synchronously: - on the side of the rectifier 21 with a given module and shear angle for each phase, and on the side of the buses 11, a three-phase system of voltage vectors generated by the main generator 2.

В выходной цепи выпрямителя 21, подключенной через датчик тока 25 к конденсаторному накопителю 27, нарастает ток под управлением контроллера 23. Датчик напряжения 28 передает сигнал обратной связи по напряжению на конденсаторном накопителе 27 для регулирования (стабилизации при изменении напряжения на выходе главного генератора 2) контроллером 23 на заданном уровне.In the output circuit of the rectifier 21, connected through a current sensor 25 to the capacitor bank 27, the current rises under the control of the controller 23. The voltage sensor 28 transmits a voltage feedback signal on the capacitor bank 27 for regulation (stabilization when the voltage at the output of the main generator 2) is controlled by the controller 23 at a given level.

Одновременно, во входной цепи выпрямителя 21 нарастают фазные токи, амплитуды и фазы которых определяются векторной суммой напряжений на противоположных зажимах дросселя 31 преобразователя. Значения этих токов, измеряемые датчиком 30 тока в каждой фазе, и напряжений на выходе главного генератора 2, измеряемые датчиком 29 напряжения фаз, передаются в контроллер 23.At the same time, phase currents increase in the input circuit of the rectifier 21, the amplitudes and phases of which are determined by the vector sum of the voltages at the opposite terminals of the converter inductor 31. The values of these currents, measured by the current sensor 30 in each phase, and the voltages at the output of the main generator 2, measured by the phase voltage sensor 29, are transmitted to the controller 23.

В контроллере 23 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на силовом входе управляемого выпрямителя 21, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений генератора 2, между напряжением генератора 2 и током, потребляемым выпрямителем 21, был заданный угол сдвига. Для компенсации реактивной мощности в цепи главного генератора 2 этот угол должен быть близким к нулю.In the controller 23, the modules and phase angles of the voltage vectors are calculated, which must be reproduced at the power input of the controlled rectifier 21, so that, as a result of adding these vectors to the voltage vectors of the generator 2, a predetermined shift angle is between the voltage of the generator 2 and the current consumed by the rectifier 21. To compensate for reactive power in the circuit of the main generator 2, this angle should be close to zero.

Постоянное напряжение конденсаторного накопителя 27 инвертором 22, работающим в режиме инвертора, ведомого напряжением на шинах 11, измеряемого датчиком 34, под управлением контроллера 24, преобразуется в ШИМ-напряжение поступающее на выход первого преобразователя 6. ШИМ-напряжение фильтруется дросселем 7 и фильтром 8.The constant voltage of the capacitor bank 27 by the inverter 22 operating in the inverter mode driven by the voltage on the buses 11, measured by the sensor 34, under the control of the controller 24, is converted to the PWM voltage supplied to the output of the first converter 6. The PWM voltage is filtered by the inductor 7 and filter 8.

По сигналам датчиков 35 и 36 напряжений фаз, системой 33 управления установки, локальным блоком управления 32 и контроллером 24 обеспечиваются условия синхронизации для параллельной работы с включенным в работу дополнительным генератором 11.The signals of the sensors 35 and 36 of the phase voltages, the installation control system 33, the local control unit 32 and the controller 24 provide synchronization conditions for parallel operation with the additional generator 11 included in the operation.

После включения автоматического выключателя 10 первый преобразователь 6, под контролем тока с помощью датчика 9 тока фаз, принимает нагрузку, задаваемую системой верхнего уровня через систему управления 33 и локальный блок 32. При этом, между напряжением на шинах 11 судовых электропотребителей и током инвертора 22, управляемого контроллером 24, аналогичным способом, как и при работе управляемого выпрямителя 21, устанавливается заданный угол сдвига.After turning on the circuit breaker 10, the first converter 6, under current control using the phase current sensor 9, receives the load set by the upper level system through the control system 33 and the local unit 32. Moreover, between the voltage on the tires 11 of the ship's electrical consumers and the current of the inverter 22, controlled by the controller 24, in a similar manner, as with the operation of the controlled rectifier 21, a predetermined shift angle is set.

В случае обеспечения электроэнергией шин 11 судовых электропотребителей только от главного генератора 2, при отключении автоматического выключателя 12, инвертор 22 преобразует постоянное напряжение конденсаторного накопителя 27 в переменное напряжение под управлением контроллера 24. При этом обеспечивается обмен энергии между фазами шин 11 питания судовых электропотребителей и конденсаторным накопителем 27 с управлением формой кривой выходного напряжения для устранения ее несинусоидальности при воздействии со стороны нагрузки, т.е. осуществляется активная фильтрация.In the case of providing electric power to the tires 11 of the ship’s electrical consumers only from the main generator 2, when the circuit breaker 12 is turned off, the inverter 22 converts the direct voltage of the capacitor storage 27 into alternating voltage under the control of the controller 24. This ensures the exchange of energy between the phases of the bus lines 11 of the ship’s electrical power and the capacitor drive 27 with controlling the shape of the output voltage curve to eliminate its non-sinusoidality when exposed to the load, i.e. Active filtering is performed.

Шины 11 питания судовых электропотребителей установок обоих бортов для суммирования мощности двух главных генераторов могут быть соединены с помощью автоматического выключателя 39. При этом источники электроэнергии, питающие шины 11 обоих бортов должны быть синхронизированы. Синхронизация и перераспределение мощностей электроустановок осуществляется системами управления 33 и локальным блоком 32 по заданию системы верхнего уровня.Tires 11 for supplying power to ship electrical consumers of installations on both sides to summarize the power of two main generators can be connected using a circuit breaker 39. In this case, power sources supplying buses 11 of both sides must be synchronized. Synchronization and redistribution of power of electrical installations is carried out by control systems 33 and the local unit 32 on the instructions of the upper level system.

Главные шины 4 установки, при отключении главного генератора 2, могут быть соединены с помощью автоматического выключателя 40 для питания от главного генератора аналогичной электроэнергетической установки другого борта судна. Параллельная работа на шины 4 двух главных генераторов, выполненных на базе электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, не предусмотрена.The main buses 4 of the installation, when the main generator 2 is turned off, can be connected using a circuit breaker 40 to power the main generator of a similar electric power plant on the other side of the vessel. Parallel operation on tires 4 of two main generators made on the basis of electric machines with excitation from permanent magnets is not provided.

Режим компенсации реактивной мощности обеспечивается по входной и выходной силовым цепям преобразователя 6. Режим компенсации реактивной мощности, реализуемый инвертором 22 в выходной силовой цепи, аналогичен описанному выше алгоритму работы управляемого выпрямителя 21 во входной цепи. Для компенсации реактивной мощности, генерируемой преобразователем 6, дросселем 7 и фильтром 8 на шины 11 питания судовых электропотребителей, угол сдвига между трехфазными системами векторов напряжений, измеряемых датчиком 34 на шинах 11 питания судовых электропотребителей и векторов токов, измеряемых датчиком 9 в выходной цепи преобразователя 6, должен быть близким к нулю.The reactive power compensation mode is provided by the input and output power circuits of the converter 6. The reactive power compensation mode implemented by the inverter 22 in the output power circuit is similar to the above-described algorithm of operation of the controlled rectifier 21 in the input circuit. To compensate for the reactive power generated by the transducer 6, the inductor 7 and the filter 8 on the power supply bus 11 of ship electrical consumers, the angle of shift between the three-phase systems of voltage vectors measured by the sensor 34 on the power supply bus 11 of the ship electrical consumers and current vectors measured by the sensor 9 in the output circuit of the converter 6 should be close to zero.

Для компенсации реактивной мощности, генерируемой судовыми электропотребителями, трехфазные системы векторов токов выходной цепи преобразователя 6, измеряемые датчиком 9 токов фаз, должны устанавливаться с опережением по фазе трехфазных систем векторов напряжений, измеряемых датчиком 32. Данное опережение определяется и задается системой управления верхнего уровня.To compensate for the reactive power generated by ship electrical consumers, the three-phase current vector systems of the output circuit of the converter 6, measured by the phase current sensor 9, should be installed ahead of the phase of the three-phase voltage vector systems measured by the sensor 32. This lead is determined and set by the upper level control system.

Режим симметрирования по модулю и фазе векторов трехфазной системы напряжений на шинах 11 питания судовых электропотребителей обеспечивается за счет мощностных ресурсов преобразователя 6, и осуществляется по сигналам датчика 34 напряжения фаз, формированием инвертором 22 компенсирующего воздействия, под управлением контроллера 24. Этот режим может быть реализован по сигналу системы управления верхнего уровня. Как описано выше, инвертор 22, с помощью ШИМ, воспроизводит на зажимах дросселя 7 трехфазную систему векторов синусоидальных напряжений с заданным модулем и углом сдвига для каждой фазы, вращающуюся синхронно с трехфазной системой векторов напряжений на шинах 11. В контроллере 24 вычисляются модули и фазовые углы векторов напряжений, которые необходимо воспроизвести на силовом выходе инвертора 22, чтобы, в результате сложения этих векторов с векторами напряжений, измеряемых датчиком 34 на шинах 11, между этими напряжениями в соответствующих фазах и токами выходной цепи преобразователя 6, измеряемыми датчиком 9, был заданный угол сдвига. При этом векторы трехфазной системы напряжений выравниваются по модулю с обеспечением взаимного фазового сдвига в 120 электрических градусов.The mode of balancing modulo and phase of the vectors of the three-phase voltage system on the busbars 11 of the power supply of marine electrical consumers is provided by the power resources of the transducer 6, and is carried out by the signals of the sensor 34 of the phase voltage, the formation of the inverter 22 compensating effects, under the control of the controller 24. This mode can be implemented by high level control signal. As described above, the inverter 22, using the PWM, reproduces on the terminals of the inductor 7 a three-phase system of sinusoidal voltage vectors with a given module and a shear angle for each phase, rotating synchronously with a three-phase system of voltage vectors on the buses 11. In the controller 24, the modules and phase angles are calculated the voltage vectors that must be reproduced on the power output of the inverter 22 so that, as a result of the addition of these vectors with the voltage vectors measured by the sensor 34 on the buses 11, between these voltages in the corresponding zah and the currents of the output circuit of the Converter 6, measured by the sensor 9, was the specified angle of shift. In this case, the vectors of the three-phase voltage system are aligned modulo providing a mutual phase shift of 120 electrical degrees.

В стартерном режиме выпрямитель 21 и инвертор 22 по сигналу системы управления верхнего уровня меняются ролями, а дополнительный генератор 13, через замкнутый автоматический выключатель 12, обеспечивает питание шин 11 судовых электропотребителей. Автоматический выключатель 10 - тоже замкнут и через инвертор 20 передается энергия, вырабатываемая дополнительным генератором 13, в конденсаторный накопитель 27 звена постоянного тока с компенсацией реактивной мощности на шинах 11 (по описанному выше алгоритму). Управляемый выпрямитель 21 получает энергию из конденсаторного накопителя 27 и обеспечивает питанием двигательный режим главного генератора 2 с амплитудо-частотным регулированием, который, в свою очередь, приводит в регулируемое по частоте вращение главного теплового двигателя 1.In the starter mode, the rectifier 21 and the inverter 22 change roles by the signal of the upper-level control system, and the additional generator 13, through a closed circuit breaker 12, provides power to the tires 11 of the ship's electrical consumers. The circuit breaker 10 is also closed and through the inverter 20 the energy generated by the additional generator 13 is transferred to the capacitor storage 27 of the DC link with reactive power compensation on the buses 11 (according to the algorithm described above). The controlled rectifier 21 receives energy from the capacitor bank 27 and provides power to the motor mode of the main generator 2 with amplitude-frequency regulation, which, in turn, leads to a frequency-controlled rotation of the main heat engine 1.

Вращение гребного винта 20 осуществляется по заданию системы верхнего уровня в систему 33 управления установки, которая управляет работой второго преобразователя 16 частоты, питающего статорные обмотки гребного электродвигателя 19 частотно-регулированным напряжением по алгоритму векторного управления электроприводом.The rotation of the propeller 20 is carried out according to the task of the upper level system in the installation control system 33, which controls the operation of the second frequency converter 16 supplying the stator windings of the propeller motor 19 with a frequency-controlled voltage according to the vector drive control algorithm.

Второй преобразователь 16 частоты, как отмечено выше, по схеме аналогичен первому преобразователю 6, а его алгоритм отличается лишь более широким диапазоном амплитудно-частотного управления гребным электродвигателем 19, с использованием регулирования по току (соответствующему моменту нагрузки) с помощью датчика 17, и по частоте вращения гребного электродвигателя 19 (датчик скорости не показан). Коммутация автоматических выключателей 15 и 18 осуществляется по команде системы верхнего уровня, через систему управления 33 установки, преобразователем 16 частоты (входящим в него локальным блоком управления).The second frequency converter 16, as noted above, is similar in scheme to the first converter 6, and its algorithm differs only in a wider range of amplitude-frequency control of the propeller motor 19, using current regulation (corresponding to the load moment) using the sensor 17, and in frequency rotation of the propeller motor 19 (speed sensor not shown). Switching of circuit breakers 15 and 18 is carried out at the command of the upper level system, through the control system 33 of the installation, by the frequency converter 16 (included in it by the local control unit).

На Фигуре представлен один дополнительный двигатель 14 и один дополнительный генератор 13 со своим автоматическим выключателем 12. Все вышесказанное справедливо при использовании нескольких подобных цепей, включенных параллельно.The Figure shows one additional motor 14 and one additional generator 13 with its circuit breaker 12. All of the above is true when using several similar circuits connected in parallel.

Таким образом, в предложенной установке обеспечено снижение габаритов и массы установки за счет исключения из схемы трансформатора, повышено качество и расширены функциональные возможности установки за счет замены трансформатора на преобразователь частоты, с возможностью компенсации реактивной мощности на его входе и выходе, стабилизации, фильтрации и симметрирования выходного напряжения установки. Применение в качестве источника питания электроэнергетической системы судна - главного генератора - высокооборотной (свыше 6000 об/мин) синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, приводимой во вращение соответствующим высокооборотным главным двигателем (газотурбинным или паротурбинным двигателям), значительно снижает массу и габариты установки, а отсутствие возбудителя в системе передачи электроэнергии на вращающийся ротор и обмоток возбуждения на роторе, повышает КПД установки, надежность и исключает дополнительные потери энергии и нагрев в генераторе.Thus, in the proposed installation, the overall dimensions and weight of the installation are reduced due to the exclusion of the transformer from the circuit, the quality is improved and the functionality of the installation is expanded by replacing the transformer with a frequency converter, with the possibility of reactive power compensation at its input and output, stabilization, filtering and balancing output voltage of the installation. The use of a synchronous machine with excitation from permanent magnets driven by a corresponding high-speed main engine (gas turbine or steam turbine engines) as a power source for the ship’s electric system — the main generator — significantly reduces the weight and dimensions of the installation, and the absence of the pathogen in the system of electric power transmission to the rotating rotor and field windings on the rotor increases the efficiency of the installation, reliability and eliminates additional sweat Energy and heating in the generator.

Claims

1. Marine electric power plant, comprising a main engine connected to the main generator, an additional engine connected to the additional generator, a propeller motor connected to the propeller, main tires, power supply cables of ship electrical consumers, the control system of the installation, circuit breakers, current sensors and sensors voltage, as well as a controlled and reversible frequency converter, having in its composition series-connected controlled rectifier and inverter, each of which it is equipped with its own controller, current sensors are installed in the output power circuit of the rectifier and the input power circuit of the inverter, each of which is connected to the corresponding information input of the corresponding controller, a phase voltage sensor and a phase current sensor are installed in the input circuit of the frequency converter, which is connected through the converter choke with the power input of a controlled rectifier, and the information outputs of the above sensors are connected to the rectifier controller, in the circuit between the current sensor a rectifier power circuit and a current sensor of the input power circuit of the inverter has a capacitor storage device for the DC link, as well as a DC voltage sensor connected to both controllers, which are also connected to a local control unit connected to the installation control system, characterized in that it further comprises a converter frequency, the functional diagram of which is identical to the functional diagram of the above frequency converter, also further comprises a choke and a filter, with this main generator through a circuit including series-connected: the first circuit breaker, main buses, the second circuit breaker, the first frequency converter, inductor, filter, the output current sensor of the phases of the first frequency converter, the output voltage sensor of the phases of the first frequency converter and the third circuit breaker, is connected with power lines for ship electrical consumers, to which an additional generator is connected via the fourth circuit breaker, a local control unit the first frequency converter is connected to the control inputs of the second and third circuit breakers, the output phase current sensor and the phase voltage output sensor of the first frequency converter are connected to the inverter controller inputs of this converter, to the main buses through a circuit including a fifth circuit breaker, a second frequency converter, a sensor phase current of the second frequency converter, sixth circuit breaker, a propeller motor is connected, while the local unit is controlled I of the second frequency converter is connected to the control inputs of the fifth and sixth circuit breakers, and the phase current output sensor of the second frequency converter is connected to the inverter controller of the second frequency converter, the control units of the main and additional motors are connected to the installation control system, which is also connected to the voltage sensors of the main phases tires and power tires of marine electrical consumers.

2. Marine electric power plant according to claim 1, characterized in that a high-speed gas turbine or steam turbine engine is used as the main heat engine, and electric machines with excitation from permanent magnets are used as the main generator and the propeller electric motor.

3. Ship electrical power installation according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with circuit breakers for connecting the main buses and power buses of ship electrical consumers to the corresponding tires of the electric power installation of the other side of the vessel.