Электропривод гребной установки

 

Использование: может быть использовано в гребных электрических установках. Сущность: в данном устройстве обеспечиваются на всех положениях поста управления, начиная с первого, предельно допустимые значения пусковых токов гребного электродвигателя, разгон его под действием предельной мощности и использование резерва мощности на промежуточных положениях поста управления для уменьшения провалов частоты вращения электродвигателя. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к гребным электрическим установкам, преимущественно ледоколов и судов активного ледового плавания с атомными энергетическими установками. Цель изобретения повышение надежности и эффективности электропривода гребной установки при работе судна во льдах. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что еще до формирования в устройстве деления с ограниченным максимальным выходным сигналом заданного значения тока якорной цепи по заданной мощности и напряжению якорной цепи с помощью перемножителя и отдельного сумматора с задатчиком номинальной мощности сначала осуществляется формирование заданной мощности путем перемножения сигналов от задатчика мощности поста управления и oт указанного сумматора, в котором отдельно формируется уровень предельно допустимой на последнем положении поста управления мощности, а также в том, что введенное устройство деление формирует другое заданное значение тока по предельно допустимой мощности, а аналоговые ключи, компараторы блокировки и управления, инвертор и узел возведения в квадрат осуществляют автоматическую коммутацию этих двух заданных значений в зависимости от нагрузки на винте и положения поста управления. Таким образом, не смотря на ограничение максимального выходного сигнала блока деления, достигаются на всех положениях поста управления, начиная с первого, предельно допустимые значения пусковых токов гребного электродвигателя, разгон его на всех положениях поста управления под действием предельной мощности и использование резерва мощности на промежуточных положениях поста управления для уменьшения провалов частоты вращения двигателя, с целью стабилизации упора гребного винта при взаимодействии его со льдом, т.е. повышение надежности и эффективности винта судна, работающего во льдах. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 графики, поясняющие его работу. Предлагаемый электропривод содержит электродвигатель постоянного тока 1, механически связанный с гребным винтом и подключенный к синхронному генератору 2 через неуправляемый выпрямитель 3 и датчик тока 4. Датчик напряжения 5 включен на стороне постоянного тока в цепи якоря электродвигателя. Система возбуждения двигателя 6 и система возбуждения генератора 7 включены соответственно каждая на свои обмотки возбуждения. Входные цепи системы 6 подключены через реверсор 8-1 поста управления 8 к выходу регулятора возбуждения двигателя 9, в состав которого входят цепь задания номинального возбуждения, связь форсировки потока двигателя в режиме пуска или при взаимодействии винта со льдом и связь размагничивания двигателя в режиме динамического торможения при реверсе, действующие с отсечкой в функции тока якорной цепи, что обеспечивается подключением датчика тока 4 на вход регулятора 9. Кроме того, предусмотрена связь размагничивания двигателя при переходе от швартового режима работы судна к ходу в свободной воде, действующая с отсечкой в функции напряжения якорной цепи, что обеспечивается подключением датчика напряжения якорной цепи на другой вход регулятора 9. Реверс электропривода осуществляется за счет изменения знака потока двигателя с помощью реверсора 8-1, связанного с рукояткой поста управления. В состав поста управления 8 входит также задатчик мощности 8-2, который формирует сигнал, пропорциональный заданному значению мощности, без учета ограничений по мощности и знака положения поста управления. Сигналы ограничения мощности формируются независимо от сигнала задатчика мощности 8-2 в ограничителях уровня предельной мощности 10. На вход системы возбуждения генератора 7 включен регулятор тока 11, на один из входов которого включена цепь обратной связи по току якорной цепи, а на другой сигнал заданного значения тока якорной цепи, поступающий с выхода схемы ограничения сигнала 12 с задатчиком предельного тока 13 в виде потенциометра, подключенного к источнику питания. Работа регулятора 11 основана на известном принципе регулирования по отклонению с постоянным коэффициентом обратной связи по току. На вход схемы 12 поступает сигнал с выхода цепи формирования заданного значения тока якорной цепи, состоящей из элементов 14-23. На входы сумматора 14 поступают сигналы от задатчика мощности 15, выполненного в виде потенциометра и подключенного к источнику питания, и от ограничителя уровня 10 так, что на его выходе формируется уровень предельно допустимой мощности в соответствии со следующим выражением: P_д= K_p(P_н-Σ P_огр), (1) где Р_н номинальная мощность; Р_д допустимая мощность; K_p коэффициент пропорциональности; P_огр сумма воздействия от ограничителей 11. Далее сигнал уровня предельной мощности (Р_д) и сигнал от задатчика мощности 8-2 (P_зм3Mj) сначала поступает на входы перемножителя 16. на выходе которого формируется сигнал заданного значения мощности (Р_э) с учетом положения поста управления и ограничений предельной мощности в соответствии с выражением P_з= K_пP_дP_змj, (2) где К_п коэффициент пропорциональности. Затем сигнал от перемножителя 16 поступает на вход делимого первого блока деления 18, на вход делителя которого подключен датчик напряжения 4. В результате на выходе блока 18 формируется сигнал заданного значения тока якорной цепи, связанного с величиной следующим соотношением: Причем в режиме пуска, когда V_я О, даже при малых Р_з, соответствующих начальным положениям поста управления 8, величина 13 будет достигать уровня ограничения, связанного с ограничением по источнику питания - K.V_ип. т.е. в этом случае величина заданного значения пускового тока будет определяться уставкой задатчика предельного тока 13 в схеме 12 (фиг. 2, поз. 3). Сигнал уровня предельной мощности (Р_д) с выхода сумматора 14 поступает также на вход второго блока деления 19, на выходе которого формируется сигнал заданного значения тока якорной цепи, соответствующий уровню предельной мощности (Р_д) и связанный с Р_д соотношением:

На последнем положении поста управления величина сигнала должна быть равна величине сигнала i_д, если в этом случае отсутствуют резервы мощности по первичным источникам энергии. Это равенство проще всего обеспечивается идентичной настройкой обоих блоков деления и равенством сигналов Р_з и Р_д. Выходные сигналы блоков 18 и 19 поступают на вход схемы 12 через ключи 20 так, что эти сигналы либо оба отключены, либо включен один из них с помощью управления аналоговыми ключами 20. Перевод в закрытое состояние ключей осуществляется с помощью компаратора блокировки 17. На один вход компаратора 17 подана уставка срабатывания, а на другой сигнал Р_змj), при этом запирание ключей 20 происходит при нулевом положении поста управления, а управление по другим управляющим входам при любом другом положении поста управления. Этим исключается возможное зависание электропривода в режиме пуска с сигналом i_д, когда оператор, сделав пуск установки, возвращает пост управления в нулевое положение. При ненулевом положении поста управления осуществляется раздельное управление ключами 20-41 и 20-2 по входам управления, подключенным к выходам инвертора 23 и компаратора 22, при этом на входе последнего происходит сравнение сигналов 1з и i_з и K_шV²_я,. из которых второй сигнал представляет собой приведенную винтовую характеристику при работе винта а ледяной шуге (фиг. 2, поз.1) в швартовом режиме работы судна, отличающуюся от аналогичной характеристики при работе винта в воде без шуги (фиг. 2, поз.1¹). При K_шV²_я > i_з открыт ключ 20-1, при K_шV²_я < i_з будет открыт ключ 20-2. В первом случае на вход схемы 12 будет приходить сигнал i₃, во втором i_д. Таким образом, на промежуточных положениях поста управления при возникновении перегрузок двигателя в режиме взаимодействия винта со льдом и связанного с этим снижения частоты вращения и напряжения в якорной цепи, происходит увеличение сигнала и уменьшение сигнала K_шV²_я. Это, в момент их примерного равенства, вызовет срабатывание компаратора 22. На вход схемы 12 вместо i₃ поступит i_д, тем самым обеспечивая регулирование тока по уровню предельно допустимой мощности Р_д, что либо исключит, либо сведет к минимуму снижение напряжения якорной цепи. соответствующее снижению частоты вращения двигателя, а, следовательно, и упора гребного винта. Данная ситуация использования резерва мощности показана на фиг.2 (поз. 2), соответствующей сигналу i_д. Линия АБ показывает переход регулирования с одного заданного значения тока на другое в точке пересечения кривых 1 и 3. Такое регулирование электропривода наиболее эффективно на начальных положениях поста управления. Ниже приводится описание работы заявляемого устройства на примере пуска на промежуточном положении поста управления. В исходном состоянии при нулевом положении поста управления сигнал от регулятора 9 не поступает на вход системы возбуждения 6 и в двигателе 1 ток отсутствует. На вход системы возбуждения 7 также не поступает сигнал, так как компаратор 17 запирает ключи 20 и, следовательно, на входе регулятора 11 ток будет равен нулю. При переводе поста управления в одно из промежуточных положений происходит возбуждение двигателя 1. Задатчик мощности 8-2 формирует соответствующий сигнал управления, который деблокирует ключи 20, и, проходя через перемножитель 16 и первый блок деления 18, позволит сформировать с помощью последних сигнал заданного значения тока якорной цепи. Этот сигнал с выхода блока 18 поступает на вход компаратора 22, на другой вход которого поступает сигнал от датчика напряжения 4 через узел возведения в квадрат 21. Так как в начале пуска напряжение якорной цепи близко к нулю, то компаратор 22 перейдет в такое состояние, когда ключ 20-1 будет заперт, а 20-2 открыт. На вход схемы 12 поступит заданное значение тока якорной цепи, сформированное вторым блоком деления 19 по сигналу уровня предельной мощности от сумматора 14. Регулятор 11 будет стремиться поддержать заданную величину i_я, воздействуя на систему возбуждения генератора и обеспечивая тем самым разгон двигателя в начальной стадии пуска с предельно допустимыми значениями тока и мощности, не смотря на то, что пост управления находится не на последнем положении. По мере разгона и роста напряжения якорной цепи, как только уровень сигнала с узла 21 превысит сигнал с выхода блока 18, компаратор 22 перейдет в состояние, когда ключ 20-1 будет открыт, а ключ 20-2 закрыт. Дальнейший разгон электродвигателя будет происходить при заданном значении тока, формируемом на выходе блока 18, т.е. с учетом ограничений, связанных с положением поста управления и с воздействиями ограничителей уровня предельной мощности 10. В результате установившийся режим работы электропривода будет соответствовать заданному положению поста управления, с учетом ограничений по предельной мощности. Использование предлагаемого электропривода гребного винта на ледоколах и судах активного ледового плавания (в первую очередь на тех, которые оборудованы ядерной энергетической установкой) дает возможность получения ряда технико-экономических выгод, связанных с повышением надежности и эффективности гребной установки при работе судна во льдах. Так, благодаря возможности использования на промежуточных положениях резерва мощности установки и обеспечения предельных пусковых моментов в этих режимах, улучшается ледовая ходкость судов, особенно при малых скоростях движения. Упрощение настройки системы регулирования позволяет экономить активное эксплуатационное время судов за счет сокращения времени на обслуживание ремонт установки. Кроме того, повышение надежности и эффективности электропривода улучшает условия работы экипажа судов, что в первую очередь относится к судоводителям ледоколов, для которых очень важно иметь устойчивую управляемость судна на малых скоростях в ледовых условиях, например при околке судов каравана. Это в значительной степени снижает опасность столкновениям судов и таким образом облегчает, труд судоводителя.

Формула изобретения

Электропривод гребной установки, содержащий электродвигатель постоянного тока, механически сочлененный с винтом и подключенный через неуправляемый выпрямитель и датчик тока к выходу синхронного генератора, датчик напряжения электродвигателя, пост управления в составе задатчика мощности и реверсора, ограничители уровня предельной мощности, систему возбуждения электродвигателя с включенным на ее вход через реверсор регулятором возбуждения, входы которого подключены к датчикам тока и напряжения, систему возбуждения синхронного генератора с включенным на ее вход регулятором тока цепи якоря, к одному из входов которого подключен датчик тока, а к другому через схему ограничения сигнала управления с задатчиком предельного тока цепь формирования заданного значения тока цепи якоря, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности при работе судна во льдах, цепь формирования заданного тока цепи якоря выполнена в виде сумматора с задатчиком номинальной мощности перемножителя, двух блоков деления, двух аналоговых ключей, компаратора блокировки, узла возведения в квадрат, компаратора управления ключами и инвертора, причем выход задатчика мощности поста управления подключен к одному из входов перемножителя и к входу компаратора блокировки, а выход сумматора, на входы которого включены задатчик номинальной мощности и ограничитель уровня предельной мощности, подключен к другому входу перемножителя и входу делимого второго блока деления, при этом выход перемножителя соединен с входом делимого первого блока деления, выход датчика напряжения с входами делителей обоих блоков деления и с входом узла возведения в квадрат, выход первого блока деления включен в коммутируемую цепь первого аналогового ключа и на один из входов компаратора управления ключами, другой вход которого подключен к выходу узла возведения в квадрата, выход второго блока деления включен в коммутируемую цепь второго аналогового ключа, а выходы коммутируемых цепей обоих аналоговых ключей объединены и включены на вход схемы ограничения сигнала управления, причем выход компаратора блокировки подключен к управляющим входам обоих аналоговых ключей, выход компаратора управления ключами подключен к управляющему входу второго аналогового ключа и входу инвертора, а выход инвертора к управляющему входу первого аналогового ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2