РЕФЕРАТ
по дисциплине «Введение в специальность»
на тему «Судовые автоматизированные электроэнергетические системы, преобразовательные устройства, электроприводы энергетических, технологических и вспомогательных установок, их систем автоматизации, контроля и диагностики»
Выполнил: студент 1 курса
заочной формы обучения
группы ЭЭ-1с
Гаскаров А.И. _____________
Научный руководитель:
кан.физ.-мат.наук, доцент
Сафиуллин Р.А. _____________
Нефтекамск 2018
Содержание
Введение……………………………………………………………………………………………3
1 . Судовые автоматизированные электроэнергетические системы
Источники электроэнергии СЭЭС……………………………………………………………...5
2. Электроэнергетические системы судна. Устройства преобразования электроэнергии…....7
3. Судовые электроприводы……………………………………………………………………..8
4. Автоматизация СЭЭС………………………………………………………………………....12
5. Контроль и диагностика энергетической системы………………………………………….14
Заключение……………………………………………………………………………………….18
Список литературы………………………………………………………………………………19
Приложения ……………………………………………………………………………………...20
ВВЕДЕНИЕ
В последнее десятилетие автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок претерпела большие изменения: значительно возрос объем автоматизированных операций, усложнились средства автоматизации и главное автоматизация обеспечила повышение производительности труда судового экипажа и безопасности мореплавания. Изучение автоматизации судовых энергетических установок должно отводиться все большее место в подготовке судовых специалистов. Эффективность эксплуатации современного автоматизированного судна в равной степени зависит от качества судовых объектов, так средств автоматизации. Изучение энергетического оборудования в системе автоматизации в отрыве друг от друга не соответствует реальным условиям работы специалистов. В качестве судовых энергетических установок (СЭУ) получают распространение на ряду с малооборотными дизелями, а также газотрубные, и газопаровые, обеспечивающие высокие скорости. Создание материально-технической базы требует нарастающих темпов увеличения производительности труда на основе непрерывного технического прогресса, составной частью которого является автоматизация производства. Стремительно развиваются принципиально новые технологические процессы производства, управление которых без средств автоматизации невозможно. Автоматика и телемеханика - это отрасль науки и техники, где разрабатываются методы и средства контроля производства, процессов и управления ними. Под автоматикой понимается техника управления и контроля на сравнительно небольших расстояниях, для определения которых требуются специальные средства. В народном хозяйстве, в промышленности, энергетике, на транспорте. В связи с ростом энерговооруженности флота объем средств автоматизации значительно увеличивается. Автоматизация позволяет выполнять операции управления с быстротой и точностью, недоступными человеку; улучшать условия труда людей и значительно уменьшать численность обслуживающего персонала, повышая тем самым экономичность эксплуатации судна. Внедрение средств комплексной автоматизации и ряд организационно технических мероприятий обеспечили переход на совмещение профессий палубной и машинной команд на всех судах внутреннего плавания, а также эксплуатацию судовой энергетической установки без постоянной вахты в машинном отделении. Это позволило освободить людей от необходимости длительного пребывания в помещениях с высокой температурой, влажностью, повышенным содержанием углеводородов, сравнительно высоких уровней звукового давления и вибрации. Технико-экономическая эффективность систем автоматизации зависит от выбора средств автоматики, их унификации, надежности, ремонтопригодности и простоты обслуживания. При втором уровне автоматизации обслуживающий персонал участвует только в выработке начального управляющего воздействия на электропривод. Более совершенным является третий уровень автоматизации, при котором обслуживающий персонал участвует только в надзоре за электромеханической системой. Ручное управление при этом уровне предусматривается, но только при особых режимах судна и его автоматической установке. Общая тенденция в развитии судовых механизмов характеризуется усложнением возлагаемых на электроприводы задач как по повышению степени автоматизации, так и по упрощению их обслуживания. Это направлено на повышение производительности труда путем автоматизации и механизации труда. Повышение производительности труда на судах связано также со снижением затрат времени на техническое обслуживание и ремонт за счет совершенствования конструкций электроприводов и приспособлений их к специфическим условиям судовой эксплуатации. В свете этих задач реализуются следующие направления, по которым идет совершенствование электроприводов судовых механизмов - автоматизацией отдельных электромеханизмов и объединения взаимосвязанных механизмов в автоматизированные системы с оптическим режимом эксплуатации. Конечной целью развития комплексной автоматизации является полная автоматизация. При полной автоматизации все функции управления, регулирования и контроля будут переданы автоматическим устройствам. Наиболее важным и принципиально новым направлением в развитии комплексной автоматизации является использование в системах управления, регулирования и контроля цифроаналоговых систем, сопряженных с электронными вычислительными машинами. С внедрением комплексной автоматизации повышаются эксплуатационные характеристики всех систем судна и их надежность, что позволяет существенно сократить численность экипажа, тем самым снизить стоимость перевозок. Автоматизированные системы состоят из большого числа отдельных устройств и механизмов, параметры которых необходимо измерять, контролировать и обрабатывать. Число контролируемых параметров на судне может достигать нескольких сотен и даже тысяч. Благодаря росту уровня автоматизации судов, введению без вахтенного обслуживания, сокращению численности экипажа повышается роль и значение систем автоматизированного измерения и контроля параметров, сигнализации и систем внутрисудовой связи. В связи с этим на водном транспорте особое значение приобретает повышение надежности систем измерения, контроля, сигнализации, управления, внутрисудовой связи. Это достигается увеличением надежности элементной базы, применением функционального встроенного контроля исправности отдельных блоков, резервированием и инфицированием узлов. В качестве измерительных элементов для измерения давлений в судовых энергетических установках применяют упругие элементы, принцип действия которых основан на деформации упругого тела при действии на него давления. Это - плоские мембраны либо сильфоны. Плоские мембраны и сильфоны применяются также для измерения перепадов давлений и следовательно, расходов жидкости или газа, поскольку расход при данной площади переходного сечения пропорционален перепаду давления на участке трубопровода.
Судовые электроприводы.
Судовые электроприводы являются основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой судовой ЭЭС. В настоящее время обеспечивается автоматическое управление электроприводами с использованием современной полупроводниковой техники. По мере развития судовых электроприводов наблюдается переход от автоматизации отдельных операций к комплексной автоматизации судовых энергетических систем. В системы управления электроприводом все чаще включаются вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполняемые человеком.
Автоматизация СЭЭС.
На судах промыслового и транспортного флотов в основном применяется автоматизированное дистанционное управление электростанциями (ЭС). В качестве примера (на рисунке 2) представлена схема автоматизированной судовой ЭС содержащей три генераторных агрегата и обеспечивающей выполнение следующих операций:
а) включение агрегатов на параллельную работу в нормальных и аварийных режимах; б) регулирование возбуждения, распределения реактивной нагрузки между синхронными генераторами и восстановление напряжения после отключения короткого замыкания;
в) регулирование частоты, распределение активной нагрузки между синхронными генераторами и предотвращение опасной перегрузки агрегатов;
г) защиту генераторов и установок от токов короткого замыкания и перегрузки и восстановление нормального режима работы системы с отключением поврежденного элемента;
д) обеспечение устойчивости параллельной работы генераторов и системы;
е) разгрузку генераторных агрегатов и включение резервного оборудования для восстановления питания приемников электроэнергии;
ж) централизованное дистанционное управление и регулирование с пульта управления режимом работы системы;
з) контроль и сигнализацию поведения объектов регулирования и управления.
Соответствующий класс автоматизации, удовлетворяющий этим требованиям и примененный на данном судне - А2. Этот класс предполагает периодическое обслуживание машинных отделений и постоянную круглосуточную вахту в ЦПУ. Все оборудование, установленное в машинном отделении, должно иметь локальные системы управления, обеспечивающие его работу без обслуживания в предусмотренных эксплуатационных режимах в течение 12-24 часов.
Пусть сначала судовая электроэнергетическая система работает в режиме, когда включен один генераторный агрегат. Если по тем или иным причинам возросла нагрузка, превысив допустимые значения, то вступает в действие устройство автоматического включения резервного агрегата УВР. При этом производится автоматический запуск первичного двигателя резервного генераторного агрегата. По достижении частоты вращения, равной 90-95 % номинального значения, происходит возбуждение генератора. На этом запуск агрегата считается законченным. По окончании запуска частота вращения резервного агрегата с помощью устройства автоматической синхронизации (типа УСГ-1П) подгоняется к частоте вращения работающего агрегата.
Сигнал на включение генераторов на параллельную работу подается устройством синхронизации лишь в том случае, если разность частот и разность напряжений находится в допустимых пределах. Подача сигнала производится с заданным временем опережения, учитывающим время срабатывания автоматического выключателя таким образом, чтобы замыкание его контактов происходило при нулевом значении огибающей напряжения биений, что соответствует совпадению ЭДС генераторов. После введения генераторного агрегата в параллельную работу синхронизатор отключается.
Одновременно с замыканием контактов автоматического выключателя синхронизации включается устройство автоматического распределения активной нагрузки типа УРМ-35, которое производит пропорциональное распределение активной нагрузки между параллельно работающими агрегатами, совмещая статические характеристики подключаемого агрегата с характеристикой работающего (базового) агрегата. Такое совмещение достигается воздействием на механизм управления частотой вращения первичного двигателя. Это устройство остается постоянно включенным и корректирует распределение нагрузки в режиме параллельной работы агрегатов.
Для стабилизации частоты вращения агрегатов на некоторых судах применяется устройство типа ПРЧ, которое через усилитель воздействует на серводвигатель подачи топлива, поддерживая с высокой точностью частоту во всех режимах независимо от внешних условий. Кроме того, система, воздействуя на механизм управления частотой вращения, производит соответствующее смещение механической характеристики базового агрегата. Использование этого устройства без устройства автоматического распределения активной нагрузки при параллельной работе СГ невозможно, так как, перемещая статическую характеристику базового агрегата, оно тем самым производит перераспределение активных нагрузок.
Следовательно, для того чтобы пропорционально распределить нагрузки при новом положении статической характеристики базового агрегата, необходимо совместить с ней характеристики остальных параллельно работающих агрегатов. При дальнейшем возрастании нагрузки и отсутствии резерва срабатывает устройство автоматической токовой защиты (УТЗ), в комплект которого входят датчик активного тока ДАТ и реле. При этом происходит избирательное (в заранее заданной последовательности) отключение части неответственных потребителей при перегрузке генераторных агрегатов либо по полному, либо по активному току.
При питании электрооборудования судна на стоянке от берегового фидера используется устройство автоматической защиты от обрыва фазы и снижения напряжения ЗОФН, которое подает световой или звуковой сигнал при уменьшении напряжения берегового фидера ниже допустимого значения. Система стабилизации напряжения ССН обеспечивает поддержание заданного значения напряжения с определенной точностью.
К группе контролируемых устройств относится устройство контроля сопротивления изоляции типа «Электрон 1», которое обеспечивает непрерывный контроль сопротивления изоляции сетей переменного тока. При снижении сопротивления изоляции до значения, определяемого у ставкой, срабатывают световая и звуковая сигнализации. Пуск и управление дизель-генераторными агрегатами могут осуществляться дистанционно оператором или автоматически.
При этом в управление первичным двигателем агрегата входят следующие операции:
1) подготовка к пуску;
2) пуск;
3) изменение частоты вращения дизеля;
4) поддержание нормальной работы двигателя;
5) контроль за состоянием дизеля;
6) остановка дизеля.
В процессе подготовки к пуску предварительно прокачивается масло, а затем осуществляется автоматический переход к пуску. В настоящее время применяются электрические, гидравлические, пневматические и смешанные (электропневматические и электрогидравлические) локальные системы дистанционного управления ДАУ. Электрические системы управления могут быть построены как на контактных, так и на бесконтактных элементах. Использование бесконтактных логических элементов в системах ДАУ дизелями повышает надежность и уменьшает габариты системы. Рассмотрим принцип действия и основные характеристики некоторых унифицированных устройств управления примененных на данном судне.
Список литературы
1. Г. В. Захаров Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. – 2015 г.
2. В. В. Медведев. Применение имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок. 2013 г.-352 с.
3. Александр Прохоренков «Системы управления судовыми энергетическими процессами». Учебник. 2018 г. – 444 с.
4. А. Н. Пипченко, В. В. Пономаренко, А. Е. Савельев, В. А. Шевченко «Судовые автоматизированные тепло- и электроэнергетические установки», - учебное пособие, Одесса: ТЭС, 2011 г. - 394 с.
5. И. В. Возницкий, А. С. Пунда. Судовые двигатели внутреннего сгорания. 2014 г.
Токарев Л.И. Судовые электрические приборы управления
6. Баёв А.С. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация. Монография. С-Пб.: СПбГМТУ, 2015. 397 с
7. О. Белов Судовые электроприводы. Основы теории и динамики переходных процессов. Учебник, 2016 г. 188 с.
8. А.Н. Соболенко, Р.Р. Симашов Судовые энергетические установки: дипломное проектирование. 2015 г.
Приложения
Рисунок. 1. Функциональная схема электропривода
Рисунок 2 - Схема автоматизации СЭС
Рисунок 3 - Функциональная схема синхронизатора УСГ - 1П
Обозначения принятые в схеме:
БКН - блок контроля напряжения;
БКЧ - блок контроля частоты;
БПЧ - блок подгонки частоты;
БВО - блок времени опережения;
БЗ - блок запрета;
ВБ - выходной блок;
СД - серводвигатель;
БВП - блок входной преобразовательный;
ПД - приводной двигатель.
Рисунок 4 - Схема устройства “Электрон-1” для непрерывного контроля сопротивления изоляции
где:
ТV- четырёхобмоточный трансформатор;
К- реле;
S3- переключатель;
S2 - кнопка контроля сигнализации;
S1 -кнопка включения прибора;
VT1 - VT4 - транзисторы;
C1 - C7 - конденсаторы;
R1 - R34 - резисторы;
V1, V2, V5 - V9 - диоды;
V3, V4, V10 - V13 - стабилитроны;
H - сигнальная лампа.
На рисунке 5 - Структурная схема устройства УВР.
ИТ - измеритель активного или полного тока;
РПН - электронное реле повышения нагрузки;
РСН - электронное реле снижение нагрузки; эквивалентная схема замещения
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Введение в специальность»
на тему «Судовые автоматизированные электроэнергетические системы, преобразовательные устройства, электроприводы энергетических, технологических и вспомогательных установок, их систем автоматизации, контроля и диагностики»
Выполнил: студент 1 курса
заочной формы обучения
группы ЭЭ-1с
Гаскаров А.И. _____________
Научный руководитель:
кан.физ.-мат.наук, доцент
Сафиуллин Р.А. _____________
Нефтекамск 2018
Содержание
Введение……………………………………………………………………………………………3
1 . Судовые автоматизированные электроэнергетические системы
Источники электроэнергии СЭЭС……………………………………………………………...5
2. Электроэнергетические системы судна. Устройства преобразования электроэнергии…....7
3. Судовые электроприводы……………………………………………………………………..8
4. Автоматизация СЭЭС………………………………………………………………………....12
5. Контроль и диагностика энергетической системы………………………………………….14
Заключение……………………………………………………………………………………….18
Список литературы………………………………………………………………………………19
Приложения ……………………………………………………………………………………...20
ВВЕДЕНИЕ
В последнее десятилетие автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок претерпела большие изменения: значительно возрос объем автоматизированных операций, усложнились средства автоматизации и главное автоматизация обеспечила повышение производительности труда судового экипажа и безопасности мореплавания. Изучение автоматизации судовых энергетических установок должно отводиться все большее место в подготовке судовых специалистов. Эффективность эксплуатации современного автоматизированного судна в равной степени зависит от качества судовых объектов, так средств автоматизации. Изучение энергетического оборудования в системе автоматизации в отрыве друг от друга не соответствует реальным условиям работы специалистов. В качестве судовых энергетических установок (СЭУ) получают распространение на ряду с малооборотными дизелями, а также газотрубные, и газопаровые, обеспечивающие высокие скорости. Создание материально-технической базы требует нарастающих темпов увеличения производительности труда на основе непрерывного технического прогресса, составной частью которого является автоматизация производства. Стремительно развиваются принципиально новые технологические процессы производства, управление которых без средств автоматизации невозможно. Автоматика и телемеханика - это отрасль науки и техники, где разрабатываются методы и средства контроля производства, процессов и управления ними. Под автоматикой понимается техника управления и контроля на сравнительно небольших расстояниях, для определения которых требуются специальные средства. В народном хозяйстве, в промышленности, энергетике, на транспорте. В связи с ростом энерговооруженности флота объем средств автоматизации значительно увеличивается. Автоматизация позволяет выполнять операции управления с быстротой и точностью, недоступными человеку; улучшать условия труда людей и значительно уменьшать численность обслуживающего персонала, повышая тем самым экономичность эксплуатации судна. Внедрение средств комплексной автоматизации и ряд организационно технических мероприятий обеспечили переход на совмещение профессий палубной и машинной команд на всех судах внутреннего плавания, а также эксплуатацию судовой энергетической установки без постоянной вахты в машинном отделении. Это позволило освободить людей от необходимости длительного пребывания в помещениях с высокой температурой, влажностью, повышенным содержанием углеводородов, сравнительно высоких уровней звукового давления и вибрации. Технико-экономическая эффективность систем автоматизации зависит от выбора средств автоматики, их унификации, надежности, ремонтопригодности и простоты обслуживания. При втором уровне автоматизации обслуживающий персонал участвует только в выработке начального управляющего воздействия на электропривод. Более совершенным является третий уровень автоматизации, при котором обслуживающий персонал участвует только в надзоре за электромеханической системой. Ручное управление при этом уровне предусматривается, но только при особых режимах судна и его автоматической установке. Общая тенденция в развитии судовых механизмов характеризуется усложнением возлагаемых на электроприводы задач как по повышению степени автоматизации, так и по упрощению их обслуживания. Это направлено на повышение производительности труда путем автоматизации и механизации труда. Повышение производительности труда на судах связано также со снижением затрат времени на техническое обслуживание и ремонт за счет совершенствования конструкций электроприводов и приспособлений их к специфическим условиям судовой эксплуатации. В свете этих задач реализуются следующие направления, по которым идет совершенствование электроприводов судовых механизмов - автоматизацией отдельных электромеханизмов и объединения взаимосвязанных механизмов в автоматизированные системы с оптическим режимом эксплуатации. Конечной целью развития комплексной автоматизации является полная автоматизация. При полной автоматизации все функции управления, регулирования и контроля будут переданы автоматическим устройствам. Наиболее важным и принципиально новым направлением в развитии комплексной автоматизации является использование в системах управления, регулирования и контроля цифроаналоговых систем, сопряженных с электронными вычислительными машинами. С внедрением комплексной автоматизации повышаются эксплуатационные характеристики всех систем судна и их надежность, что позволяет существенно сократить численность экипажа, тем самым снизить стоимость перевозок. Автоматизированные системы состоят из большого числа отдельных устройств и механизмов, параметры которых необходимо измерять, контролировать и обрабатывать. Число контролируемых параметров на судне может достигать нескольких сотен и даже тысяч. Благодаря росту уровня автоматизации судов, введению без вахтенного обслуживания, сокращению численности экипажа повышается роль и значение систем автоматизированного измерения и контроля параметров, сигнализации и систем внутрисудовой связи. В связи с этим на водном транспорте особое значение приобретает повышение надежности систем измерения, контроля, сигнализации, управления, внутрисудовой связи. Это достигается увеличением надежности элементной базы, применением функционального встроенного контроля исправности отдельных блоков, резервированием и инфицированием узлов. В качестве измерительных элементов для измерения давлений в судовых энергетических установках применяют упругие элементы, принцип действия которых основан на деформации упругого тела при действии на него давления. Это - плоские мембраны либо сильфоны. Плоские мембраны и сильфоны применяются также для измерения перепадов давлений и следовательно, расходов жидкости или газа, поскольку расход при данной площади переходного сечения пропорционален перепаду давления на участке трубопровода.
Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. Источники электроэнергии СЭЭС.
Источники электроэнергии на судне принято делить на основные (первичные), вторичные, вспомогательные, резервные, стояночные и аварийные. Основными источниками электроэнергии обычно являются электромашинные генераторы, включающие в свой состав первичный двигатель и приводимый им в действие электрогенератор. В качестве вторичных источников электроэнергии используются различного рода преобразователи. Роль аварийных и вспомогательных источников электроэнергии в основном исполняют аккумуляторные батареи (как независимый источник электроэнергии) и аварийные (или резервные) дизель-генераторы.
Первичные двигатели предназначены для выработки механической энергии и передачи ее генератору с целью преобразования этой энергии в электрическую. В качестве первичных двигателей в судовых ЭЭС могут использоваться: дизельные двигатели (дизель-генераторы), паровые турбины (турбогенераторы), газовые турбины (газотурбогенераторы). Вместе с тем, роль первичного двигателя для электрогенератора может исполнять и основной двигатель судна, который передает энергию на валогенератор через главную линию вала и редуктор.
Дизель-генераторы – ДГ являются одними из самых распространенных типов электрогенераторов в судовых ЭЭС. Дизель-генераторы могут использоваться в функции основных, вспомогательных, резервных, стояночных, и даже аварийных источников электроэнергии на судах с дизельной и газотурбинной ЭУ, а также в качестве аварийных и резервных источников электроэнергии на судах с ПТУ и ЯЭУ. Дизель-генераторы обладают сравнительно высокими значениями КПД, высокой степенью автоматизации, быстрым запуском, надежностью и простотой эксплуатации, автономностью работы. К недостаткам дизель-генераторов можно отнести малую перегрузочную способность – около 10 – 15 % от номинальной мощности в течение не более 1 часа. Так как обеспечить равномерную загрузку одного мощного дизель-генератора в различных режимах работы судна практически невозможно, в составе ЭЭС обычно применяют несколько дизель-генераторов меньшей мощности, работающих параллельно. В качестве первичных двигателей дизель-генераторов используют средне- или высокооборотные дизели, имеющие частоту вращения от 500 до 1500 об/мин.
Турбогенераторы – ТГ широко применяются в качестве основного источника электроэнергии на судах с паротурбинными, турбоэлектрическими и ядерными энергетическими установками. На некоторых типах судов могут устанавливаться стояночные турбогенераторы, потребляющие пар от вспомогательной котельной установки. Судовые турбогенераторы обладают следующими достоинствами: равномерностью вращения, большой быстроходностью, высокой надежностью и долговечностью (ресурс до 100000 часов), повышенной перегрузочной способностью (до 20 % от номинальной мощности) и устойчивой параллельной работой. К недостаткам турбогенераторов можно отнести относительно невысокий КПД турбопривода и достаточно большой промежуток времени для готовности к приему нагрузки. Частоты вращения роторов турбин турбогенераторов составляют обычно от 1500 до 6000 об/мин.
Газотурбогенераторы – ГТГ применяются в основном в качестве основного источника электроэнергии на судах с ГТУ. ГТГ сочетают в себе достоинства паровой турбины и дизельного двигателя: надежность в работе, высокую маневренность при переходе с режима на режим, быстрый запуск (от 30 до 50 с), быстрый прием нагрузки, небольшие массу и габариты. К недостаткам ГТГ можно отнести: сравнительно высокий удельный расход топлива, повышенную шумность, большие размеры воздухоприемных и газовыхлопных трактов, невысокие ресурсные показатели.
Валогенераторы – ВГ представляют собой электрогенераторы, приводимые в действие от главной линии вала судна. Использование на судах в составе ЭЭС валогенераторов представляется целесообразным по нескольким причинам:
− из-за более высоких значений КПД главных двигателей по сравнению со вспомогательными;
− меньшего расхода топлива;
− возможности стабилизации нагрузки двигателей (особенно для главных двигателей некоторых типов судов, работающих с недогрузкой – рыболовных траулеров, буксиров, судов ледового плавания);
− продления ресурса вспомогательных двигателей;
− снижения трудозатрат на обслуживание энергетической установки.
Валогенераторы имеют высокий КПД (всего на 5 – 8% ниже КПД главного двигателя). Кроме того, валогенераторы могут работать в качестве гребного электродвигателя, работающего на главную или вспомогательную линию вала судна от ГРЩ или вспомогательного дизель-генератора. Основным недостатком валогенераторов является возможность обесточивания судна при внезапной остановке главного двигателя. Выбор типа первичных двигателей для электрогенераторов в основном зависит от типа главных двигателей судна. Так, на судах с дизельными энергетическими установками в качестве первичных двигателей в основном используют дизельные двигатели. На судах с газотурбинными установками в качестве первичных двигателей могут использоваться как дизельные двигатели, так и газовые турбины. На судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками в качестве первичных двигателей электрогенераторов используют паровые турбины. Кроме того, дизели часто используют в качестве первичных двигателей резервных или аварийных источников электроэнергии. В качестве судовых электрогенераторов могут использоваться генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока с самовозбуждением и с независимым возбуждением. В основе работы электромашинных генераторов (как постоянного, так и переменного тока) лежат законы электромагнитной индукции и взаимодействия движущегося проводника с магнитным полем. При пересечении силовых линий магнитного поля в движущемся проводнике индуцируется электродвижущая сила – ЭДС. Под воздействием возникшей ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать ток, снимаемый с клемм генератора. Генераторы должны обладать высокой надежностью в работе, обеспечивать устойчивую параллельную работу при изменениях нагрузки и требуемое качество электроэнергии, иметь высокий КПД, обеспечивать защиту от попадания внутрь капель воды, паров масла и пыли.
Генераторы переменного тока – являются основными источниками электроэнергии для сетей переменного тока. В настоящее время в судовых ЭЭС широко применяются генераторы переменного тока с самовозбуждением серий МСС, ГМС,МСК, и генераторы переменного тока с независимым возбуждением типа ТК. Буквы в обозначении марки генераторов означают: Г – генератор; С – синхронный; М – морской; вторая буква С – с самовозбуждением; К – с кремнийорганической изоляцией. Синхронные генераторы серии МСК изготавливают с самовентиляцией по замкнутому циклу и с водяными воздухоохладителями. Система самовозбуждения генераторов МСК включает в себя выпрямители и другие устройства, выполняется в виде единого блока, устанавливаемого непосредственно на корпусе генератора. Генераторы серии МСС отличаются от генераторов серии МСК меньшей частотой вращения и наличием небольшого генератора начального подмагничивания. Генераторы серии ГМС имеют брызгозащищенное исполнение с самовентиляцией по разомкнутому циклу. Основным преимуществом генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока является меньшие массогабаритные характеристики электрических машин.
Генераторы постоянного тока – являются источниками электроэнергии для сетей постоянного тока, а также применяются в качестве автономных источников питания отдельных электроприводов и устройств, работающих на постоянном токе. В судовых ЭЭС используются генераторы постоянного тока независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Аккумуляторные батареи являются химическими источниками тока и широко применяются в судовых ЭЭС в качестве резервных и аварийных источников электроэнергии, а также могут применяться в качестве основных источников электроэнергии для отдельных устройств и систем судна. В основе принципа действия аккумуляторов лежат три электрохимических явления: электролитическая диссоциация, электролиз и возникновение потенциала на электроде, помещенном в раствор электролита. Аккумуляторы являются независимыми автономными источниками питания, вырабатывающими постоянный ток без пульсаций. Но в силу физических и химических особенностей протекающих в них процессов аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков: необходимость систематического ухода и контроля за их состоянием, частых подзарядов, контроля состояния и замены электролита; низкий КПД; большие стоимость и массу.
В судовых условиях обычно применяются следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные (железо-никелевые, кадмиевоникелевые) и серебряно-цинковые. Для получения требуемого напряжения в сети постоянного тока, производится последовательное соединение между собой аккумуляторов в группы. Напряжение группы аккумуляторов равно напряжению одного аккумулятора умноженному на число соединенных последовательно аккумуляторов. Для увеличения емкости, группы аккумуляторов соединяют параллельно в аккумуляторные батареи – АБ. Размещаются аккумуляторные батареи в специальных газо- и водонепроницаемых помещениях – аккумуляторных ямах или выгородках, снабженных обслуживающими системами: вентиляции, охлаждения, механического перемешивания электролита, контроля содержания водорода в воздухе помещения, нейтрализации (дожигания) водорода и др.
2. Электроэнергетические системы судна. Устройства преобразования электроэнергии.
При проектировании судовых ЭЭС часто встречаются ситуации, когда отдельные потребители электроэнергии, а также электрические сети, имеют частоту, напряжение и род тока отличные от частоты, напряжения и рода тока, вырабатываемого основными электрогенераторами судна. Для обеспечения электроэнергией таких потребителей и электрических сетей применяются различного рода преобразователи электроэнергии – преобразователи напряжения, тока и частоты. Наиболее широкое применение в судовых ЭЭС нашли следующие средства преобразования электроэнергии: вращающиеся электромашинные преобразователи, статические преобразователи и трансформаторы.
Электромашинные преобразователи представляют собой несколько электрических машин, соединенных одним валом и, как правило, заключенных в один корпус. Одна из электрических машин работает в режиме электродвигателя, остальные – в режиме генераторов. К электродвигателю подводится электроэнергия от основной силовой сети. Электродвигатель вращает вал с генераторами, а генераторы в свою очередь вырабатывают электроэнергию с необходимыми для потребителей напряжением, родом тока частотой.
В судовых ЭЭС используются следующие виды электромашинных преобразователей:
− электромашинные преобразователи напряжения – используемые для преобразования одного значения напряжения в другое при неизменном роде и частоте тока (преобразователи типа АПП);
− электромашинные преобразователи тока – предназначенные для преобразования постоянного тока в однофазный переменный (преобразователи типа АПО) или постоянного тока в трехфазный переменный (преобразователи типа АПТ);
− электромашинные преобразователи частоты – для преобразования частоты переменного тока при неизменном напряжении (преобразователи типа АЛА, АТО, АТТ, АМГ и ВПР);
К преимуществам электромашинных преобразователей можно отнести независимость параметров преобразуемой и получаемой электроэнергии, а также возможность применения в их составе обычных серийных машин, генераторов и электродвигателей.
В основе работы статических преобразователей электроэнергии положены принципы:
− выпрямления тока с помощью полупроводниковых приборов – такие преобразователи называют выпрямителями;
− преобразования постоянного тока в переменный с помощью управляемых электронных или полупроводниковых приборов – транзисторов, тиристоров и электронных ламп – такие преобразователи называют инверторами.
Конструктивно инверторы и выпрямители выполняются в виде шкафов, габариты и конструкция которых зависят от мощности преобразователя, удобства обслуживания и других факторов.
Из статических преобразователей наиболее широкое распространение получили полупроводниковые выпрямители переменного тока. По сравнению с электромашинными, статические преобразователи имеют следующие преимущества: меньшие массу и габариты, бесшумность работы, высокую эксплуатационную надежность, в ряде случаев – более высокий КПД.
В составе судовых ЭЭС наиболее часто используют:
− силовые преобразователи типа ВАКЭП – предназначенные для питания различного рода электроприводов;
− зарядные преобразователи типа ВАКЗ – используемые для зарядки аккумуляторных батарей;
− зарядно-силовые преобразователи типа ВАКЗС и ВАКС;
− электросварочные статические преобразователи типа ВАКСВ.
Трансформаторы используются для преобразования одного напряжения сети в другое при сохранении частоты тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции при взаимодействии переменного магнитного поля с неподвижным проводником, в котором при этом индуцируется ЭДС. По основным параметрам и назначению различают:
− однофазные, трехфазные и многофазные трансформаторы;
− двухобмоточные и многообмоточные трансформаторы;
− повышающие и понижающие трансформаторы;
− силовые трансформаторы, используемые для передачи и распределения электроэнергии; и специальные трансформаторы: авто-трасформаторы, измерительные, вращающиеся, сварочные и радиотрансформаторы.
Судовые электроприводы.
Судовые электроприводы являются основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой судовой ЭЭС. В настоящее время обеспечивается автоматическое управление электроприводами с использованием современной полупроводниковой техники. По мере развития судовых электроприводов наблюдается переход от автоматизации отдельных операций к комплексной автоматизации судовых энергетических систем. В системы управления электроприводом все чаще включаются вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполняемые человеком.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 2031.
