ВВЕДЕНИЕ
В последние годы на рыбопромысловых и транспортных судах, плавучих буровых установках и паромах для управления судовыми механизмами и системами широкое применение получили полупроводниковые преобразователи электрической энергии. В зависимости от вида параметров на входе и выходе (род тока, величина напряжения и частоты) преобразовательные установки классифицируются на следующие группы:
- выпрямители,
- преобразователи частоты с промежуточным звеном выпрямления,
- непосредственные преобразователи частоты.
В настоящее время практически все электроэнергетические системы судов (СЭЭС) проектируются на переменном токе. Однако в то же время имеется
ряд потребителей электрической энергии, питание которых необходимо
осуществлять от источника постоянного тока. К ним относятся системы
возбуждения электрических машин, зарядки аккумуляторов, катодной защиты
судна, сварочные агрегаты, а также электроприводы (траловые и буксирные лебедки, грузоподъемные механизмы и другие), в которых требуется плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Поэтому наибольшее
применение на судах получили выпрямительные установки. К важнейшим
показателям, определяющим их эксплуатационные свойства и область
применения относятся:
- среднее значение и величина пульсаций выпрямленного напряжения;
- мощность силового трансформатора или коммутационного
дросселя;
- величина высших гармоник в цепи переменного тока и
коэффициент мощности.
Характеристики выпрямительных устройств существенным образом зависят
от схем выпрямления. Самые простые из них однофазные и трехфазные
нулевые обладают низкими технико-экономическими показателями и имеют ограниченное применение в установках малой мощности (система катодной
защиты судна, самовозбуждение генераторов). Широкое применение на судах
получили трехфазные мостовые и многофазные схемы. По сравнению с
однофазными и трехфазными нулевыми эти схемы имеют ряд преимуществ,
из которых основными являются меньшие величины пульсаций выпрямленного
напряжения и тока, лучшее использование трансформаторов и симметричная
загрузка фаз питающей сети.
Все рассмотренные схемы отличаются значительным содержанием высших гармоник в потребляемом из судовой сети токе. Снижение их величины
достигается применением многофазных и, в частности, двенадцатифазных
эквивалентных схем. Двенадцатифазный режим получается в схемах с
трансформаторами, имеющими две вторичные обмотки, каждая из которых питает свой выпрямительный мост. В судовых условиях трехфазные мосты включаются параллельно через уравнительный реактор. Большинство
потребителей электрической энергии чувствительны к пульсациям выпрямленного тока поэтому возникает необходимость дополнительного
включения в силовой цепи нагрузки сглаживающего дросселя.
Преобразователи частоты в основном применяются в регулируемых
электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, в том числе в гребных электрических установках (ГЭУ); системах стабилизации напряжения и частоты валогенераторов.
Применение на судах силовой преобразовательной техники (СПТ) позволило
существенно улучшить технико-экономические показатели электроприводов,
механизмов и систем. В то же время их работа в условиях соизмеримости
мощностей СЭЭС и потребителей электроэнергии имеет ряд специфических
особенностей. Во-первых, при глубоком регулировании выпрямленного
напряжения происходит значительное уменьшение коэффициента мощности
установки. Во-вторых, в зависимости от схемы выпрямления при работе преобразовательных устройств из сети потребляется несинусоидальный переменный ток, трапециидального или ступенчатого вида, и содержащий наряду с первой гармоникой высшие гармонические составляющие.
Порядок гармоник определяется выражением
n= кm ± 1,
где к = 1,2,3,4.5, ….
m- фазность пульсаций выпрямленного тока
Относительная величина высших гармонических составляющих тока примерно равна
I n * = 1 / n.
Вследствие этого, при соизмеримости мощностей судовой сети и преобразователей происходит искажение напряжения на шинах ГРЩ, а также при увеличении углов регулирования увеличивается потребляемая из сети реактивная мощность. Кроме того, при коммутации вентилей происходит скачкообразное изменение напряжения, что отрицательно сказывается на работе электроэнергетической системы в целом.
Вносимые статическими преобразователями искажения кривой напряжения
сети вызывают дополнительный нагрев генераторов,асинхронных двигателей, увеличивают их вибрацию и шум, а также могут стать причиной нарушения
нормальной раб
оты устройств автоматического управления и регулирования,
некоторых видов радиотехнической аппаратуры, если искажения превысят
допустимую норму.
Согласно Правилам морского Регистра РФ коэффициент несинусоидальности напряжения судовой сети во второй зоне электромагнитной совместимости
не должен превышать 10 %.
Дальнейшее развитие и применение на судах силовой полупроводниковой техники требует более глубокого изучения процессов, происходящих в преобразователях электрической энергии во взаимодействии со всей электроэнергетической системой. Особое внимание следует уделять вопросам проектирования трехфазных управляемых мостовых выпрямителей и автономных инверторов. Кроме того, представляет практический интерес методы расчета и выбора основных элементов силовой части.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Башарин А. В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. – Л.: Энергия, 1972. – 437 с.
Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник, под ред.
В. М. Перельмутера. – М.: Энегоатомиздат, 1988. – 319 с.
Полупроводниковые выпрямители. /Под ред. Ф. И. Ковалёва и
Г.П. Мостковой. – М.: Энергия, 1978. – 417 с.
2. Силовая электроника: Примеры расчёта /Ф. Чаки, И. Герман, И. Ившиг и др./ Пер. с англ. – М.: Энергоиздат, 1982. – 382 с.
3. Справочник по преобразовательной технике. /Под ред. Н. М. Чиженко.
– Киев: Техника, 1978. – 447 с.
4. Тиристоры: Справочник /О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 272 с.
5. Штумпф Э. П. Судовая электроника и силовая преобразовательная техника: Учебник. – СПб: Судостроение, 1993. – 352 с.
