Судовая электроэнергетическая установка

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2510358:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") (RU)

Изобретение относится к судовой электротехнике и может быть использовано в качестве электроэнергетической установки как на надводных, так и на подводных судах. Установка содержит: дизель-генератор, блок аккумуляторных батарей, генератор на топливных элементах, инвертор, преобразователь DC/DC, к выходам которых подключены общесудовые потребители и потребители собственных нужд генератора на топливных элементах, на переменном и постоянном токе, зарядное устройство, гребной электродвигатель, механически связанный с винтом, и блок автоматического управления и контроля. Судовая электроэнергетическая установка обеспечена преобразователем частоты, тремя датчиками напряжения, выпрямителем, двумя развязывающими диодами, замыкающим и переключающимися контактами и двумя развязывающимися диодами объединенными и подключенными к входам инвентора, согласующегося преобразователя DC/DC и зарядного устройства. Выход зарядного устройства через размыкающие переключающиеся контакты соединен с блоком аккумуляторных батарей, а выходы датчиков напряжения связаны с входами блока автоматического управления и контроля. Достигается повышение КПД и надежности судовой электроэнергетической установки, а также улучшение управляемости и маневренности судна . 1 ил.

Предложение относится к судовой электротехнике и может быть использовано в качестве электроэнергетической установки с несколькими источниками энергии как на надводных, так и на подводных судах.

Известна электрогенерирующая система для морского судна (патент WO 2008/130968, МПК В63Н 21/17, В63Н 21/22, В63Н 23/24, B63J 3/02, 30.10.2008), содержащая дизель-генератор, блоки подключения к береговой сети с изолирующим трансформатором, выпрямители, блоки управления бесщеточными двигателями постоянного тока, гребной и вспомогательный двигатели, аккумуляторную батарею, зарядное устройство, инвертор, общесудовые потребители на постоянном и переменном токе, устройства защиты и блок управления. Недостатком системы является отсутствие резервирования основного источника питания - дизель-генератора другими источниками электроэнергии.

Известна электроэнергетическая система подводной лодки с электрохимическим генератором (патент RU 2167783, МПК B63G 8/08, В63Н 23/24, 27.05.2001), содержащая дизель-генератор, аккумуляторную батарею, электрохимический генератор, гребной электродвигатель, согласующий преобразователь, блок управления, датчик напряжения и датчики тока. Недостаток устройства заключается в сложности и ненадежности обеспечения равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими энергоблоками электрохимического генератора и аккумуляторной батареей.

За прототип взята судовая электрическая пропульсивная система (патент WO 2011/073957, МПК В63Н 23/24, B63J 3/02, 23.06.2011), включающая в себя дизель-генераторы, блок аккумуляторных батарей, генератор на топливных элементах, фотоэлектрическую систему, гребные электродвигатели, связанные через редукторы с винтами, выпрямители, фильтры, инвертор, преобразователи AC/DC и DC/DC, замыкающие контакты, общесудовые потребители на постоянном и переменном токе и блок управления. Недостатком устройства является опосредованная передача энергии от всех источников через блок аккумуляторных батарей, неисправность которого приводит к обесточиванию судна и необходимости создания обходных путей передачи электроэнергии к потребителям. Кроме того, в системе содержится большое количество преобразователей AC/DC и DC/DC, обеспечивающих согласование напряжений различных источников энергии, что снижает КПД и надежность системы в целом. При этом преобразователи, включенные между источниками и блоком аккумуляторных батарей, находятся в режиме параллельной работы, что приводит к неравномерному распределению зарядных токов от различных источников, вызывая перегрузку одних из них и недогрузку других.

Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка позволяет оптимизировать использование содержащихся на судне источников электроэнергии, исключить перебои в питании при переходе от одного источника к другому, минимизировать количество содержащихся в установке преобразователей, повысить ее КПД и надежность. Введенный в установку преобразователь частоты, работающий в сочетании с асинхронным трехфазным гребным электродвигателем, позволяет улучшить управляемость и маневренность судна.

Установка, функциональная схема которой представлена на рисунке, содержит блок 1 аккумуляторных батарей, генератор 2 на топливных элементах, дизель-генератор 3, соединенный через выпрямитель 4, фильтр (конденсатор) 5 и замыкающие контакты 6 с входами инвертора 7 и согласующего преобразователя DC/DC, к выходам которых подключены общесудовые потребители 9, 10 (освещение, отопление, радионавигационное оборудование, холодильные установки и т.д.) и потребители 11, 12 (электромагнитные клапаны, насосы, компрессоры, нагреватели, вентиляторы, датчики и т.д.) собственных нужд генератора 2. Установка включает в себя также зарядное устройство 13, гребной электродвигатель 14, механически связанный с винтом 15, и блок 16 автоматического управления и контроля.

Установка снабжена преобразователем 17 частоты, вход которого подключен к выходу инвертора 7, а выход - к электродвигателю 14, тремя датчиками 18, 19, 20 напряжения, подключенными к выходам выпрямителя 4, генератора 2 и блока 1, двумя развязывающими диодами 21, 22, дополнительными замыкающими контактами 23 и переключающимися контактами 24. При этом выходы генератора 2 и блока 1 соответственно через контакты 23, диод 21 и замыкающие переключающиеся контакты 24, диод 22 объединены и подключены к входам инвертора 7, преобразователя 8 и зарядного устройства 13, выход которого через размыкающие переключающиеся контакты 24 соединен с блоком 1. Выходы датчиков 18, 19, 20 связаны с входами блока 16, выходы которого соединены с управляющими входами контактов 6, 23, 24 и с управляющими входами потребителей 11,12 генератора 2.

Судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом. При запуске дизель-генератора 3 (для подводной лодки в надводном положении) на его выходе появляется переменное напряжение, преобразуемое выпрямителем 4 и фильтром 5 в постоянное. С выхода датчика 18 в блок 16 поступает сигнал о готовности дизель-генератора 3 к приему нагрузки, под действием которого блок 16 замыкает контакты 6. При этом на входы инвертора 7, преобразователя 8 и устройства 13 поступает постоянное напряжение от выпрямителя 4. Инвертор 7 преобразует входное постоянное напряжение в трехфазное переменное, которое запитывает преобразователь 17 и потребители 9, 11. Преобразователь 8 формирует стабильное постоянное напряжение, требуемое потребителями 10, 12. Устройство 13 осуществляет подзаряд оптимальным напряжением аккумуляторов блока 1. Преобразователь 17 в соответствии с требуемыми ходовыми характеристиками судна регулирует напряжение и частоту двигателя 14. Использование в установке двойного преобразования (AC/DC и DC/AC) напряжения дизель-генератора 3 обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения инвертора 7.

Для отключения дизель-генератора 3 (например, при погружении подводной лодки) без возникновения перебоев в питании двигателя 14 и потребителей 9, 10, 11, 12 блок 16 сначала переключает контакты 24, подключая блок 1 к входам инвертора 7, преобразователя 8 и устройства 13 и отключая его от выхода устройства 13, а затем с некоторой задержкой размыкает контакты 6 и останавливает дизель-генератор 3. При этом питание инвертора 7 и преобразователя 8 не прерывается и осуществляется от аккумуляторных батарей блока 3. Развязывающий диод 22 и диоды выпрямителя 4 предотвращают взаимодействие дизель-генератора 3 и блока 1 между собой на момент их одновременного действия. Аналогичный порядок функционирования сохраняется и при возникновении неисправности дизель-генератора 3, вызывающей снижение выходного напряжения датчика 18, под действием которого блок 16 последовательно переключает контакты 24, размыкает контакты 6 и останавливает дизель-генератор 3. Одновременно с этим блок 16 начинает управление потребителями 11, 12, обеспечивающими в соответствии с заданным алгоритмом перевод генератора 2 из холодного состояния в рабочее. После достижения выходным напряжением генератора 2 номинального значения датчик 19 сигнализирует блоку 16 о его готовности к подключению нагрузки. По мере разряда аккумуляторных батарей блока 1 напряжение на выходе датчика 20 достигает заданной нижней границы, информируя об этом блок 16. Блок 16 замыкает контакты 23 и с некоторой задержкой переключает контакты 24. Развязывающие диоды 21, 22 предотвращают взаимодействие генератора 2 и блока 1 на момент их одновременного подключения к входу инвертора 7. В результате произведенных переключений к входам инвертора 7, преобразователя 8 и устройства 13, вместо блока 1, подключается генератор 2, а к блоку 1 подсоединяется выход устройства 13, осуществляющего его подзаряд. Указанные переключения также происходят без перебоев в питании двигателя 14 и потребителей 9, 10, 11, 12. При выработке ресурса генератора 2 на выходе датчика 19 снижается напряжение, что фиксируется блоком 16, осуществляющим повторное переключение контактов 24 с последующим размыканием контактов 23. После этого в соответствии с заданным алгоритмом блок 16, управляя потребителями 11, 12, переводит генератора 2 из рабочего состояния в холодное. Дальнейшая работа установки осуществляется от блока 1.

Для реализации рассмотренной схемы электроэнергетической установки необходимо, чтобы выходные напряжения выпрямителя 4, блока 1 и генератора 2 были достаточно близки друг к другу и укладывались в диапазон допустимых входных напряжений инвертора 7, преобразователя 8 и устройства 13. Это достигается за счет использования необходимого количества последовательно-параллельно соединенных аккумуляторных батарей блока 1 и энергоблоков генератора 2.

В качестве управляемых замыкающих и переключающихся контактов 6, 23, 24 могут быть использованы как силовые контакторы, так и твердотельные реле.

Для уменьшения потерь в качестве выпрямителя 4 и диодов 21, 22 могут быть применены диоды Шоттки, обладающие низким падением напряжения в прямом направлении.

Блок 16 позволяет менять режим работы электроэнергетической установки. В частности, может быть изменена последовательность включения и длительность работы того или иного источника электроэнергии. Например, блок 1 может быть использован только для запуска и остановки генератора 2 в течение относительно непродолжительного времени. При этом емкость аккумуляторных батарей блока 1, их масса и габариты будут минимальными.

Для увеличения мощности установки возможно использование второй аналогичной установки, объединенной с первой, посредством блока параллельной работы инверторов.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает наиболее экономичный и простой способ переключения источников энергии без возникновения перебоев в питании гребного электродвигателя и судовых потребителей. Она характеризуется малым количеством преобразователей, отсутствием влияния источников друг на друга и обладает высокой надежностью и универсальностью.

Судовая электроэнергетическая установка, содержащая блок аккумуляторных батарей, генератор на топливных элементах, дизель-генератор, соединенный через выпрямитель, фильтр и замыкающие контакты с входами инвертора и согласующего преобразователя DC/DC, к выходам которых подключены общесудовые потребители и потребители собственных нужд генератора на топливных элементах на переменном и постоянном токе, зарядное устройство, гребной электродвигатель, механически связанный с винтом, и блок автоматического управления и контроля, отличающаяся тем, что установка снабжена преобразователем частоты, вход которого подключен к выходу инвертора, а выход - к гребному электродвигателю, тремя датчиками напряжения, подключенными к выходам выпрямителя, генератора на топливных элементах и блока аккумуляторных батарей, двумя развязывающими диодами, дополнительными замыкающими и переключающимися контактами, причем выходы генератора на топливных элементах и блока аккумуляторных батарей соответственно через дополнительные замыкающие контакты и первый развязывающий диод и через замыкающие переключающиеся контакты и второй развязывающий диод объединены и подключены к входам инвертора, согласующего преобразователя DC/DC и зарядного устройства, выход которого через размыкающие переключающиеся контакты соединен с блоком аккумуляторных батарей, а выходы датчиков напряжения связаны с входами блока автоматического управления и контроля, выходы которого соединены с управляющими входами замыкающих и переключающихся контактов и с управляющими входами потребителей собственных нужд генератора на топливных элементах.

Изобретение относится к электрической передаче мощности тягового транспортного средства. Электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты.

Судовая валогенераторная установка // 2493047

Изобретение относится к судостроению. Судовая валогенераторная установка, подключаемая к винту (4) гребному, имеет в своем составе двигатель (1) приводного вала, разъединительные муфты (2), (5), редуктор (3) и валогенератор (6) (электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов).

Способ преобразования напряжения гребного электропривода и гребной электропривод для его осуществления // 2489311

Изобретение относится к области судовых энергетических установок. .

Силовой преобразователь // 2484574

Способ управления судовой комбинированной энергетической установкой // 2483972

Изобретение относится к водному транспорту, а именно к способу управления судовой комбинированной энергетической установкой. .

Судовая электроэнергетическая установка (варианты) // 2458819

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. .

Силовое устройство, имеющее двойную синхронизацию // 2441306

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электростанции. .

Гребная электрическая установка (варианты) // 2392180

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. .

Электрическая гребная установка (варианты) // 2392179

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. .

Электроэнергетическая система перспективных дизель-электрических подводных лодок с мониторингом состояния аккумуляторных батарей // 2377157

Изобретение относится к корабельным электроэнергетическим системам, в частности, дизель-электрических подводных лодок и подводных аппаратов с аккумуляторными батареями (АБ), являющимися единственными источниками электроэнергии в подводном положении, а также надводных кораблей с электродвижением, имеющим в качестве резервного (аварийного) источника электропитания АБ.

Судовая двигательно-движительная установка // 2519590

Изобретение относится к области судостроения, а конкретно - к забортным двигательно-движительным агрегатам. Судовая двигательно-движительная установка содержит: тепловой двигатель, первый вал, вариатор, второй вал, соединенный с гребным винтом, систему управления. В состав вариатора входит униполярный генератор, установленный на первом валу и электрически соединенный с униполярным двигателем, установленным на втором валу. Валы механически не связаны между собой и на них установлены, соответственно, первый и второй датчики скорости вращения. Система управления соединена с блоком управления скоростью вращения теплового двигателя, с датчиками скорости вращения и с обмотками возбуждения униполярного двигателя и униполярного генератора. Достигается повышение надежности и снижение потерь судовой двигательно-движительной установки; снижение массы, габаритов; снижение уровня электромагнитных помех при преобразовании энергии. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Судовая электроэнергетическая установка // 2521115

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами. Судовая электроэнергетическая установка содержит первый тепловой двигатель, второй тепловой двигатель, валогенератор, генератор, первый, второй и третий валы, вариатор, который соединен с гребным винтом, систему управления, шины питания, датчики скорости вращения. В состав вариатора включены три униполярные машины, которые электрически соединены между собой. При этом ротор валогенератора закреплен на третьем валу, который выполнен полым и установлен коаксиально первому валу с помощью подшипников или электромагнитного подвеса. Также на всех трех валах установлены датчики скорости вращения, соединенные с системой управления, с которой также соединены управляющий вход пускового устройства, возбудитель валогенератора и обмотки возбуждения униполярных машин, а также входы управления разъединительных муфт, автоматических выключателей и блока управления скоростью вращения первого теплового двигателя. Достигается: питание судовых электропотребителей от валогенератора отдельно и совместно с генератором, работа валогенератора в двигательном режиме с постоянной частотой вращения и передачей механической энергии на винт, снижение уровня гармонических составляющих на шинах питания судовых электропотребителей, повышение надежности, снижение массы и габаритов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Судовая двигательно-движительная установка с накопителем энергии // 2521172

Изобретение относится к устройствам электрического привода для передачи энергии от первичного теплового двигателя к движителям. Судовая двигательно-движительная установка с накопителем энергии содержит: тепловой двигатель, первый вал, вариатор, второй вал, на котором установлен гребной винт. В состав вариатора входит первая униполярная машина - униполярный генератор, вторая униполярная машина - униполярный двигатель, механически не соединенные между собой, а также третья униполярная машина, установленная на полом валу, который закреплен на подшипниках или магнитных подвесах коаксиально первому или второму валу. На этом же полом валу установлен накопитель энергии - маховик. На всех валах установлены датчики скорости вращения. Датчики соединены с системой управления, к которой также подсоединены обмотки возбуждения униполярных машин и подсоединен блок управления скоростью вращения теплового двигателя. В зависимости от управляющих сигналов машина работает в двигательном или генераторном режиме, а соответственно маховик накапливает или отдает системе накопленную энергию. Достигается повышение эффективности за счет применения запасной энергии; снижение массы и габаритов установки; повышение надежности и снижение уровня в судовой двигательно-движительной установки. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Судовая электроэнергетическая установка // 2521883

Тихоходный гребной электродвигатель с возбуждением от высококоэрцитивных магнитов непосредственного жидкостного охлаждения с электроснабжением и управлением от частотного преобразователя // 2522750

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. Тихоходный гребной электродвигатель с возбуждением от высококоэрцитивных магнитов непосредственного жидкостного охлаждения с электроснабжением и управлением от частного преобразователя содержит гребной электродвигатель, вал, редуктор, источник электропитания и статический преобразователь параметров электроэнергии. Ротор гребного электродвигателя установлен непосредственно на гребной вал, статор охватывает ротор, причем за счет различного числа пар полюсов статора и ротора, также обеспечивается электромагнитная редукция. Достигается упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик. 1 ил.

Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве // 2524798

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами. Для создания тяги в кольцевом движительном устройстве осуществляют забор воды из окружающего пространства через входной канал кольцевыми гребными винтами для ускорения воды в водопроточном канале, образованном насадкой и ротором устройства, и выброс воды через выходной канал. Забор воды дополнительно осуществляют через, по крайней мере, один боковой канал, размещенный в насадке между кольцевыми гребными винтами. Достигается расширение диапазона эффективной работы движителя. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Судовая электроэнергетическая установка // 2529090

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные дизели или турбины, главные синхронные генераторы, аварийный дизель-генератор, обмотки статора, главный распределительный щит, входы выпрямителей преобразования частоты. Обмотки статора через автоматические выключатели подключены к линиям питания главного распределительного щита, к которым через автоматические выключатели подключены входы выпрямителей преобразователей частоты. Число выпрямителей равно числу линий главного распределительного щита, выходы выпрямителей подключены к входам многоуровневых инверторов, составляющих с выпрямителями преобразователи частоты, питающие гребные электродвигатели. К каждой линии главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены также первичные многофазные обмотки трансформаторов с вращающимся магнитным полем, а вторичные трехфазные обмотки этих трансформаторов через автоматические выключатели присоединены к трехфазной линии питания распределительного щита остальных судовых потребителей. Обмотка статора аварийного дизель-генератора через автоматические выключатели подключена к трехфазной линии питания судовых потребителей. На статоре каждого главного синхронного генератора размещена одна многофазная обмотка с числом фаз более трех, фазы которой соединены звездой или треугольником, а линии главного распределительного щита имеют такое же число фаз, что и обмотки главных синхронных генераторов. Достигается обеспечение электроэнергией судовых потребителей и электродвигателей от одной электростанции, повышение к.п.д. и качества электроэнергии в судовой сети. 1 ил.

Кольцевое движительное устройство // 2531631

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами. Кольцевое движительное устройство включает электродвигатель, кольцевую насадку и кольцевой ротор, которые образуют водопроточный канал, а также гребной винт. Лопасти гребного винта комлями установлены на кольцевом роторе, а вершины лопастей расположены в районе оси водопроточного канала и скреплены между собой. Скрепление вершин лопастей между собой и установка комлей лопастей на роторе осуществляется через демпфирующие прокладки. Достигается снижение виброактивности и повышение долговечности гребного винта, а также снижение акустических загрязнений окружающей среды. 2 ил.

Судовая электроэнергетическая установка // 2533869

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с комбинированным пропульсивным комплексом. Судовая электроэнергетическая установка имеет в своем составе главный тепловой двигатель, разъединительную муфту, дополнительный тепловой двигатель, соединенный с дополнительным генератором, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, первый управляемый и обратимый преобразователь частоты, который имеет управляемые выпрямитель и инвертор, конденсаторный накопитель звена постоянного тока, локальный блок управления, также дополнительный гребной электродвигатель, подсоединенный к гребному винту и второй гребной электродвигатель кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом, второй преобразователь частоты, преобразователь напряжения и четыре силовые электрические цепи. Достигается уменьшение массы и габаритов, повышение максимального КПД, минимальность потерь энергии и экономичность топлива, повышение надежности электроэнергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Судовая валогенераторная установка // 2535768

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты. Судовая валогенераторная установка содержит главный двигатель, разъединительную муфту, валопровод, гребной винт, валогенератор, электрическую цепь, первый и второй датчики тока, входной дроссель, преобразователь частоты, выходной дроссель, LC-фильтр, первый и второй автоматические выключатели, шины судовых электропотребителей, дополнительный генератор, механически связанный с дополнительным двигателем, конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения. Главный двигатель, валогенератор и гребной винт установлены на валопроводе соосно. Ротор валогенератора закреплен на конце валопровода, подсоединяемом к гребному винту. На валу главного двигателя дополнительно установлен первый датчик положения вала, а на валопроводе со стороны гребного винта дополнительно установлен второй датчик положения вала. Оба датчика положения вала подключены к блоку контроля крутильных колебаний, выход которого соединен с сигнальным входом задатчика режимов. Достигается повышение надежности и увеличение межремонтного ресурса за счет снижения динамических нагрузок на главный двигатель и уменьшение усталостных явлений в материале валопровода. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.