Судовые генераторы
Судовые генераторы – основные источники электроэнергии. При увеличении нагрузки на генератор ток растёт, а напряжение падает . Основное требование к генераторам поддержание постоянства основных параметров при изменении нагрузки в широких пределах.
В качестве генераторов на судах используются генераторы постоянного и переменного тока. Выбор рода тока определяется потребностями потребителей.
Генераторы с независимым и параллельным возбуждением имеют достаточно жёсткую внешнюю характеристику . Данные типы генераторов используется в качестве возбудителей для синхронных генераторов , в гребных электроустановках и системах управления типа Г-Д.
Основными генераторами электростанций постоянного тока обычно являются генераторы смешанного возбуждения, которые наряду с параллельной обмоткой возбуждения имеют ещё и последовательную обмотку. Эти генераторы имеют наиболее жесткую внешнюю характеристику. Не нуждаются в дополнительных регуляторах так как последовательная обмотка обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения . При увеличении нагрузки, увеличивается ток последовательной обмотки, магнитный поток которой, компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и уменьшение магнитного потока за счёт уменьшения тока возбуждения.
На современных судах в качестве генераторов в основном используются генераторы трёх фазного переменного тока .
Судовые СГ выполняют на напряжения 400 и 230 В, с соединением обмоток статора соответственно по схемам «звезда» и «треугольник», в диапазоне мощностей 30-3000 кВт при номинальном коэффициенте мощности соsφ = 0,8. Частоты вращения генераторов составляют 500, 750,1000, 1500 и 3000 об/мин. Изоляция обмоток генераторов классов В, Р и Н. Режим работы СГ всех типов продолжительный ( S1 ).
В зависимости от типа и мощности СГ при номинальных напряже-нии, частоте и рабочей температуре выдерживают перегрузку по току 10 % номинального в течение 60-120 мин, 25 % в течение 10-30 мин, 50 % в течение 1-5 мин. Без механических и тепловых повреждений генераторы выдерживают 3-фазное КЗ в течение 5-10 с, при этом ударный ток КЗ не превосходит 14-17-кратного значения амплитуды номинального тока, а установившийся ток КЗ составляет не менее 3- 4-кратного значения номинального тока.
3.2.2.Системы возбуждения СГ
На судах используются СГ с различными системами возбуждения, в которых изменение тока возбуждения происходит автоматически. Системы возбуждения СГ бывают трех видов: с независимым возбуждением, с самовозбуждением и бесщёточные (рис. 3.1).
Рисунок 3.1. Принципиальные схемы систем возбуждения СГ:
а ) – с независимым; б ) – с самовозбуждением; в ) бесщёточный.
При независимом возбуждении (рис. 3.1, а) в качестве источника возбуждения используется возбудитель В — генератор постоянного тока небольшой мощности с параллельной обмоткой возбуждения ОВВ, сидящий чаще всего на одном валу с синхронным генератором СГ. Регулятор возбуждения R 
предназначен для регулирования напряжения вручную. Применение в качестве возбудителя добавочной электрической машины постоянного тока усложняет конструкцию и снижает надежность СГ.
Создание мощных и надежных полупроводниковых вентилей обеспечило переход на самовозбуждение СГ, при котором мощность для цепи возбуждения отбирается от 3-фазной обмотки статора СГ и подается в обмотку возбуждения ОВГ через трансформатор Т и выпрямитель UZ .
В обоих рассмотренных случаях на валу СГ находятся 2 контактных кольца с установленными на них щетками, что усложняет конструкцию и снижает надежность генераторов. Для облегчения работы щеточного аппарата напряжение возбуждения уменьшают до нескольких десятков вольт (например, при помощи трансформатора), но одновременно увеличивают ток возбуждения. Это позволяет сохранить мощность цепи возбуждения в необходимых пределах (5-10 % номинальной мощности СГ).
Указанных недостатков лишены бесщеточные . В общем корпусе БСГ находятся синхронный генератор СГ и его возбудитель — асинхронный генератор ДГ. При вращении ротора БСГ возникающая на зажимах СГ 3-фазная ЭДС передается на обмотку статора Ст асинхронного генератора, в которой образуется вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в обмотке ротора Р асинхронного генератора 3-фазную ЭДС, которая выпрямляется полупроводниковым выпрямителем UZ (закреплен на валу БСГ). Выпрямленное напряжение поступает на обмотку возбуждения ОВГ синхронного генератора. Вращающаяся часть системы обведена штрихпунктирной линией.
Таким образом, система возбуждения БСГ сочетает характерные признаки систем с независимым возбуждением (имеется возбудитель в виде АГ) и самовозбуждением (мощность для возбуждения АГ отбирается от обмотки статора СГ).
3.2.3. Техническое обслуживание
Целью ТО является обеспечение исправного технического состояния ГА и длительное поддержание их эксплуатационных характеристик на заданном уровне. Правила технической эксплуатации МРС в зависимости от объема, характера и сроков проведения работ устанавливают три вида ТО: без разборки (ТО № 1); с частичной разборкой (ТО № 2); с полной разборкой (ТО № 3).
При ТО № 1 необходимо: вскрыть смотровые и вентиляционные отверстия; осмотреть контактные кольца (коллекторы), щеточный аппарат и обмотки статора и ротора (якоря); затянуть доступные контактные и крепежные соединения; очистить доступные места и фильтры от загрязнений, продуть генератор сжатым воздухом давлением не более 0,2 МПа.
При ТО № 2 необходимо выполнить работы в объеме, предусмотренном ТО № 1, и дополнительно: вскрыть и очистить коробку выводов; протереть доступные места ветошью, смоченной в рекомендованном моющем средстве; при необходимости изменить полярность колец СГ; при необходимости просушить обмотки и покрыть изношенные места изоляции эмалью; осмотреть подшипники и их смазку, при необходимости добавить смазку того же сорта.
При ТО № 3 необходимо выполнить работы в объеме ТО № 1 и ТО № 2, а также дополнительно: промыть обмотки статора и ротора (якоря); отремонтировать поврежденные места изоляции обмоток, пропитать их лаком и покрыть эмалью, после чего просушить; при необходимости проточить и отшлифовать контактные кольца (коллекторы); проверить динамометром значение нажатия на щетки, при необходимости отремонтировать щеточный аппарат; заменить смазку в подшипниках; при необходимости окрасить внутренние и наружные поверхности статора и ротора; проверить сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой.
После выполнения каждого вида ТО необходимо проверить генератор в режиме холостого хода в течение 1 ч. При этом следует контролировать: напряжение генератора, биение колец и работу щеточного аппарата, температуру нагрева корпуса и подшипников, отсутствие постороннего шума и недопустимой вибрации. После выполнения ТО № 3 дополнительно испытывают генератор при номинальной нагрузке в течение 6 ч.
Периодичность ТО синхронных генераторов должна составлять: 2-3 месяца при ТО № 1; 6-12 месяцев при ТО № 2; 48-96 месяцев при ТО № 3. Периодичность ТО генераторов постоянного тока в среднем в 2 раза меньше.
Восстановление до необходимого уровня частично или полностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик ГА достигается с помощью ремонта. Существует 2 вида планово-предупредительного ремонта: текущий и капитальный. При текущем ремонте выполняют работы по восстановлению и замене преимущественно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном — работы по восстановлению и замене частей и узлов, связанные с большими объемами сопутствующих работ.
Текущий ремонт проводят во время стоянки судна или на заводе без вывода судна из эксплуатации, а капитальный ремонт — как правило, с выводом судна из эксплуатации. Ремонтные работы проводят члены экипажа, а также работники баз технического обслуживания (БТО) и электроремонтных цехов судоремонтных предприятий.
Источник
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам
21.03.2015
Принципиальные схемы подключения судовых синхроноскопов
Синхроноскопы служат для контроля синхронизации генераторов переменного тока при включении их на параллельную работу. В настоящее время на судах применяют синхроноскопы электромагнитной системы типов Э1505, Э1605, Э145.
Известно, что лепесток железа, находящийся в неравномерном поле, устанавливается по направлению максимальной интенсивности поля. Ротор синхроноскопа состоит из двух лепестков и замыкающей втулки, расположенных в виде буквы Z и изготовленных из магнитомягкого материала. Ротор охватывается неподвижной катушкой с обмоткой возбуждения. Неподвижная часть измерительного механизма представляет собой статор с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка.
Схема включения прибора показана на рис. 1. Через добавочные резисторы трехфазная обмотка включается на напряжение синхронизируемого генератора II, а обмотка возбуждения — на два фазы работающего генератора I. В этом случае обмотка статора создает вращающееся (частотой вращения 2πf1 об/с) магнитное поле, неизменное по величине (f1 — частота подключаемого генератора).
Обмотка возбуждения (обмотка ротора) создает переменное синусоидальное магнитное поле, направленное по оси ротора перпендикулярно вращающемуся полю статора. Результирующее (от сложения магнитных полей статора и ротора) магнитное поле действует на лепестки ротора. Как показывает расчет, результирующее поле неизменно по величине и вращается с частотой, пропорциональной разности частот f1—f подключаемого генератора и сети. Это вращающееся поле увлекает за собой ротор, лишенный противодействующего момента. Если частота подключаемого генератора f1 больше частоты сети f, то ротор вращается по часовой стрелке — в направлении быстрее.
Если же частота сети f больше частоты подключаемого генератора f1, то ротор вращается против часовой стрелки — в направлении медленнее. При равенстве частот ротор устанавливается на отметку синхронизации. В этот момент можно произвести подключение генератора к сети. Для более плавного движения подвижной части в приборах предусмотрен магнитоиндукционный успокоитель.
На некоторых судах установлены щитовые синхроноскопы типа Д430 ферродинамической системы. Из-за необходимости иметь круговое вращение стрелки в синхроноскопе применен миниатюрный синхронный двигатель — сельсин. Принцип его использования в приборе основан на следующем. Если обмотку ротора синхронного двигателя питать постоянным током, а обмотки статора — трехфазным, то ротор будет вращаться с постоянной частотой вращения, пропорциональной частоте трехфазного тока, np=2πf.
Причиной вращения ротора является взаимодействие поля статора с током в обмотке ротора, которое создает необходимый вращающий момент. Если обмотки статора питать током частотой f1, а в обмотку ротора подать переменный ток частотой f2
Источник
Схемы судовых электростанций
Содержание
Схемы судовых электростанций постоянного тока. На рис. 21.1 изображена схема судовой электростанции постоянного тока напряжением 220 В с двумя основными и одним стояночным генераторами. Все три генератора подключаются к шинам ГЭРЩ с помощью автоматических выключателей, устанавливаемых на генераторных секциях щита. Схема допускает параллельную работу генераторов.
Для регулирования возбуждения при одиночной работе генератора и переводе нагрузки с одного генератора на другой предусмотрен реостат возбуждения Rв При стоянке судна необходимое питание приемников обеспечивается стояночным генератором G3. Защита генераторов от, токов короткого замыкания осуществляется автоматическими выключателями, имеющими реле максимального тока КА и реле времени КТ. Последнее представляет собой электромагнитное реле с выдержкой времени до 0,6 с. При перегрузке генератора током, превышающим номинальный, действие реле КА при отключении замедляется часовым механизмом, выдержка времени которого достигает 10 с и более. Защита генератора от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью реле обратного тока КОА, которое срабатывает при значениях обратного тока, равных 10-15% номинального.
Положения автоматического выключателя контролируются сигнальными лампами: включение — лампой Н1, выключение — лампой Н2. Лампы включают и выключают с помощью блокирующих контактов К. Для контроля работы генераторов Правила Регистра рекомендуют в данных установках следующие приборы. Каждый генератор снабжается одним амперметром. Благодаря применению переключателя SV несколько вольтметров заменяются одним для всех генераторов. Этим же вольтметром с помощью переключателя измеряется сопротивление изоляции сети, находящейся под напряжением.
Для восстановления остаточного намагничивания предназначен двухполюсный выключатель SA, с помощью которого подается напряжение на обмотку возбуждения генератора от шин электростанции. В контрольно-измерительных и защитных цепях устанавливаются предохранители, необходимые для защиты проводов вто-ричной коммутации от коротких замыканий в этих цепях. Кабели потребителей защищены от токов короткого замыкания и перегрузки установочными автоматическими выключателями с электромагнитными и тепловыми расцепителями.
Параллельная работа генераторов постоянного тока.
Для включения генератора со смешанным возбуждением на параллельную работу с другим работающим генератором после подготовки включаемого генератора к пуску запускают его первичный двигатель и доводят напряжение включаемого генератора до напряжения работающего генератора (напряжения на шинах ГЭРЩ).
Для предотвращения перехода включаемого генератора в двигательный режим рекомендуется с помощью регулятора напряжения довести напряжение подключаемого генератора до значения, превышающего напряжение на шинах на 2-3 В.
После этого включают автоматический выключатель подключаемого генератора, если выключатель трехполюсный и один из полюсов используется для соединения с уравнительной шиной.
Если автоматические выключатели (рубильники) генераторов двухполюсные и для присоединения к уравнительной шине установлен отдельный однополюсный (уравнительный) рубильник, то в этом случае перед включением подключаемого генератора необходимо раньше включить уравнительный рубильник. Нагрузку на подключенный генератор переводят с помощью регуляторов возбуждения. Для этого увеличивают э. д. с. включенного генератора или снижают ее.
Для сохранения напряжения на шинах неизменным при распределении нагрузки управляют регуляторами возбуждения обоих генераторов: у подключенного генератора возбуждение увеличивают, а у работающего уменьшают.
При параллельной работе генераторов необходимо следить за равномерным (пропорциональным) распределением их нагрузки. При отключении одного из параллельно работающих генераторов его нагрузку переводят на остающиеся. Генератор отключают при нагрузке, близкой к нулю, не допуская его перехода в двигательный режим.
Схемы судовых электростанций переменного тока.
Схема судовой электростанции переменного тока (рис. 21.2) состоит из двух основных и одного резервного генераторов. Синхронные генераторы с самовозбуждением G1-G3, применяемые в современных установках, подключаются к ГЭРЩ с помощью автоматических выключателей. Схема коммутации электростанции обеспечивает параллельную работу трех генераторов. Секции щита соединяются автоматическим выключателем QF5. При коротком замыкании на ГЭРЩ выключатель разделяет секции щита, обеспечивая таким образом бесперебойное питание потребителей от неповрежденной части щита. Отходящие фидеры отключаются и включаются установочными выключателями, находящимися на распределительных секциях щита.
Синхронные генераторы, как и генераторы постоянного тока, защищены от токов короткого замыкания, перегрузки и перехода в двигательный режим. Защита от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется автоматическими выключателями QF1- QF3. Положение их контролируется сигнальными лампами Hl и Н2. От перехода в двигательный режим генераторы защищены реле обратной мощности КОМ.
Регулирование возбуждения и поддержание постоянного напряжения генера¬тора осуществляется автоматическим регулятором напряжения. Гашение поля производится подключением с помощью рубильника SГ резистора RГ и обмотке возбуждения генератора.
Подача топлива или пара в первичный двигатель регулируется дистанционно серводвигателем СД установленным на дизеле или турбине. Переключатель дис-танционного управления SДУ серводвигателя СД имеет 3 положения: среднее — выключено, правое и левое обеспечивают вращение серводвигателя в разных направлениях. Переключатель дает возможность плавно изменять частоту тока генератора при синхронизации и регулировать распределение активной нагрузки между генераторами.
На схеме рис. 21.2 показаны установленные на щитах измерительные приборы, а также схема их включения и переключатели амперметра SA, вольтметра и частотомера SV для одного генератора. Амперметр РА переключателем SA включается без разрыва цепи на ток каждого трансформатора, измеряя токи в фазах А и С, а также на суммарный ток двух трансформаторов тока. Известно, что сумма токов двух фаз в трехфазной системе без нейтрального провода всегда равна току третьей фазы; поэтому в данном случае амперметр измеряет ток фазы В. Вольтметр включается через переключатель SV для измерения напряжений между фазами генератора А и В, В и С, С и А.
На схеме показаны цепи питания приборов синхронизации.
Схема предусматривает вольтметр для замера напряжения на секциях шин, приборы контроля или измерения сопротивления изоляции сети под напряжением и устройства синхронизации генераторов.
Схемы включения генераторов переменного тока на параллельную работу.
На рис. 21.3 представлена принципиальная схема точной синхронизации генераторов. Генераторы включают в такой последовательности (предположим, что генератор G1 работает, а генератор G2 подключается):
1 ) с помощью регуляторов возбуждения РВ по вольтметрам PV уравнивают напряжения генераторов;
2) воздействуя на серводвигатель СД который механически связан с регулятором частоты вращения первичного двигателя, с помощью переключателя дистанционного управления серводвигателем SДУ изменяют подачу топлива (или пара) первичного двигателя генератора и уравнивают частоты вращения генераторов, контролируя это по частотомерам PF;
3) выключателем S1 включают одну обмотку синхроноскопа S на шины ГЭРЩ электростанции, а другую через переключатель S2 на напряжение генератора G2. Изменением подачи топлива первичного двигателя генератора добиваются наиболее медленного вращения стрелки синхроноскопа (т. е. минимальной разности частот тока генераторов) и в момент, когда стрелка прибора проходит красную отметку, что соответствует совпадению напряжений подключаемого генератора и сети по фазе, включают генератор G2 на шины электростанции.
Осуществление точной синхронизации генераторов требует от обслуживающего персонала достаточного опыта и затраты определенного времени. При неточном включении возможны броски тока, превышающие значительно значения номинального тока генератора, представляющие опасность для механической прочности генератора, а также вызывающие большие колебания напряжения и его провалы.
В таком случае подключенный генератор может не втянуться в параллельную работу, а работавшие генераторы могут выпасть из синхронной работы; потребители электроэнергии могут отключиться от шин электростанции и т. п.
Чтобы исключить возможные ошибки обслуживающего персонала, процесс включения генераторов способом точной синхронизации в большинстве случаев автоматизируют.
На рис. 21.4, а показана принципиальная схема грубой синхронизации генераторов. Из названия видно, что данный способ не обеспечивает идеальных условий включения генераторов и параллельную работу. Наоборот, для упрощения процесса включения генераторов преднамеренно идут на определенный бросок тока, значение которого ограничивается индуктивным сопротивлением х1 реактора L.
Грубая синхронизация генераторов осуществляется в следующем порядке:
1)уравнивают напряжения и частоты генераторов, пользуясь теми же аппаратами и приборами, что и при точной синхронизации;
2) замыкают контакт К2 и таким образом включают генератор G2 на параллельную работу через реактор L;
3)после спадания первоначального броска тока и уменьшения колебаний напряжения генераторов включают генератор G2 и размыкают контакт К2.
Как правило, автоматический выключатель генератора включается через 3-5 с после включения реактора.
Следовательно, при грубой синхронизации в отличие от точной включение генераторов на параллельную работу обычно производится при наличии угла сдвига фаз δ между напряжениями генераторов (см. векторную диаграмму на рис. 21.4, б), что связано с броском уравнительного тока между генераторами под действием геометрической разности их напряжений ΔU:
Значение сопротивления xL реактора выбирается значительно превышающим сумму сопротивлений генераторов (xG1 + xG2) с таким расчетом, чтобы бросок тока не вызвал снижения напряжения менее 85% и повышения более 120% номинального.
Очевидно, что при точной синхронизации Δ U и 1 равны нулю.
Грубая синхронизация генераторов применяется на электростанциях таких судов, где трудно осуществить точную синхронизацию (например, при большой нестабильности напряжения и частоты).
Автоматизация грубой синхронизации осуществляется более простыми средствами по сравнению с точной.
Распределение нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами.
После подключения на параллельную работу синхронного генератора, нагрузка которого в это время близка к нулю, его необходимо нагрузить.
Распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием тока возбуждения. Изменение тока возбуждения осуществляется изменением значения сопротивления уставки системы автоматического регулирования напряжения или ручным регулятором возбуждения.
Распределение активной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием вращающего момента первичных двигателей, а следовательно, и их частоты вращения путем воздействия на систему подачи топлива (пара) первичного двигателя. Это устанавливается на ГЭРЩ кнопками управления серводвигателями на регуляторы частоты вращения первичных двигателей.
При переводе нагрузки с одного синхронного генератора на другой следует одновременно изменять токи возбуждения у подключенного и работающего генераторов, а также их вращающие моменты, благодаря чему обеспечивается постоянство напряжения и частоты тока сети.
Поскольку первичные двигатели судовых генераторных агрегатов всегда снабжены автоматическими регуляторами частоты вращения, если синхронные генераторы имеют автоматические регуляторы напряжения, нагрузку между параллельно работающими генераторами можно перераспределять, воздействуя на первичный двигатель только одного из генераторных агрегатов.
После принудительного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, произведенного при включении, генераторы в дальнейшем должны самостоятельно поддерживать распределение нагрузок в заданной им пропорции.
Распределение реактивных нагрузок между генераторами во время их параллельной работы достигается применением генераторов, обладающих соответствием характеристик систем автоматического регулирования возбуждения, наладкой этих систем и уравнительными связями между ними.
Для обеспечения распределения активных нагрузок между генераторами во время их параллельной работы необходимо, чтобы характеристики регулирования частоты вращения первичных двигателей был и статическими. При равных наклонах (статизмах) относительных статических характеристик регулирования частоты вращения первичных двигателей характеристики совпадают и активные нагрузки будут распределяться между синхронными генераторами пропорционально их номинальным мощностям.
На рис. 21.5 приведены статические характеристики 1 и 2 регулирования первичных двигателей двух генераторов.
Во время параллельной работы генераторов, например одинаковой мощности, при номинальной частоте вращения пном первый генератор отдает в сеть активную мощность Р1 а второй — Р2, т. е. их активные нагрузки неодинаковы, так как характеристики не совпадают.
Во всех случаях относительные характеристики регулирования первичных двигателей генераторов, предназначенных для совместной параллельной работы, должны совпадать.
Механические регуляторы частоты вращения современных первичных двигателей обычно имеют приспособление для изменения статизма регуляторной характеристики в пределах от 2 до 6%. Такое значение статизма позволяет с достаточной для практики степенью точности обеспечить пропорциональное распределение активных мощностей между параллельно работающими синхронными генераторами.
Параллельная работа синхронных генераторов в процессе эксплуатации судов вызывает в большинстве случаев ухудшение работы регуляторов частоты вращения первичных двигателей генераторов вследствие разладки, износа или неудовлетворительной наладки после ремонта.
Поэтому при ремонте первичных двигателей генераторных агрегатов необходимо уделять особое внимание ремонту и наладке работы автоматических регуляторов частоты вращения, а также регулировать статизм их характеристик, чтобы активные нагрузки распределялись пропорционально номинальным мощностям генераторов.
В связи с недостатками механических регуляторов частоты вращения первичных двигателей в последнее время на судах начали применять электрические устройства автоматического распределения активной нагрузки, непосредственно воздействующие на существующие регуляторы частоты вращения.
Надо помнить, что синхронный генератор, работающий параллельно с другими генераторами, следует отключать после снятия с него нагрузки.
Литература
Судовой механик: Справочник. Том 3 — Фока А.А. (2016)
Источник