Классификация судовых генераторов.

    Судовые генераторы электрической энергии могут быть классифицированы по назначению, типу первичного двигателя, роду тока и роду приемников тока.

По назначению судовые генераторы разделяются на основные, аварийные и специального назначения (питание гребных электродвигателей, исполнительных электродвигателей рулевого устройства, траловой лебедки и т.п. в случае применения электропривода по системе генератор-двигатель).

По типу первичного двигателя судовые генераторы разделяются на паровые, первичным двигателем которых является паровая турбина (турбогенераторы); тепловые, первичным двигателем которых служит двигатель внутреннего сгорания (дизель генераторы) или газовая турбина (газотурбогенераторы), и электрогенераторы с приводом от главных судовых машин (валогенераторы).

По роду тока различают судовые генераторы постоянного тока, переменного тока и постоянно-переменного тока.

По роду приемников тока различают генераторы для осветительной, силовой и смешанных нагрузок.

Выбор типа первичных двигателей для судовых генераторов в основном определяется технико-экономическими соображениями. Валогенераторы целесообразно применять на судах с гребными винтами регулируемого шага, а в ряде случаев – и на судах с преимущественно постоянной скоростью при обычных гребных винтах.                                       

                   Определения.

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА – электрическая машина, предназначена для преобразования

 механической энергии приводного двигателя в электрическую энергию постоянного тока.

ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ТОКА – электрическая машина, предназначенная для преобразования

механической энергии приводного двигателя в электрическую энергию периодического тока.

              3.2 Генераторы постоянного тока.

  Источниками механической энергии на судах являются главные и вспомогательные двигатели

 внутреннего сгорания (дизели), паровые и газовые турбины. Энергия вращения первичного двигателя

 передается на ротор генератора постоянного тока, который, вращаясь со скоростью n об/мин,

индуктирует в своей обмотке ЕДС, Е=cnФ. Под действием этой ЕДС в цепи якоря начинает протекать

ток нагрузки I, который создает тормозной момент, направленный навстречу вращающему моменту

двигателя и равный.

                                              М=kФI,

Где k=0,975c – постоянный для данной машины коэффициент,

     Именно для преодоления этого момента первичный двигатель и должен все время затрачивать

определенное количество механической энергии. А выражение U = E – Irя, является основным уравнением генератора постоянного тока.

    Очень важным моментом в практической эксплуатации данных электрических машин является то,

что любая машина постоянного тока обладает свойствами обратимости преобразования энергии.

     В зависимости от способа включения обмотки возбуждения генераторы постоянного тока

подразделяются на генераторы с независимым, параллельным, последовательным и смешанным

возбуждением. Схемы подключения обмоток возбуждения приведены ниже.

 

 

 

На данной схеме иллюстрируется изменения физического процесса при переходе генератора в двигательный режим и наоборот.

 

 

 

 

 

 

Применяемые генераторы постоянного тока (компаундные) имеют обычно смешанное возбуждение,

Обеспечивающее поддержание напряжения в необходимых пределах при изменениях нагрузки генератора.

Последнее достигается соответствующим расчетом шунтовой и сереесной обмоток. Достоинством

компаундных генераторов является саморегулирование напряжения в зависимости от нагрузки без каких-либо регулирующих устройств.

При параллельной работе генераторов постоянного тока смешанного возбуждения необходимо

выполнить следующие условия:

· одинаковая полярность включения;

· равенство ЕДС подключаемого генератора и напряжения на шинах ГРЩ;

· равенство наклона внешних характеристик генераторов работающих в параллель;

· наличие уравнительной шины между началами сереесных обмоток;

В настоящее время, на судах, генераторы постоянного тока применяются крайне редко                                                                               .

         3.3 Синхронные генераторы. СГ.

   Основными источниками электрической энергии на современных судах являются генераторы

переменного тока.

Судовые синхронные генераторы переменного тока, изготовляются 3-фазными.                                                                                     

СГ состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. Ротор имеет свободный

конец вала для соединения с первичным двигателем посредством эластичной муфты или др.

способом сочленения. Конструкция подшипникового обеспечения может быть различной.

На внутренней стороне статора в специальных пазах укладывается статорная обмотка.

Благодаря такому конструктивному решению облегчается соединение обмоток статора с сетью,

Работа генератора становится надежнее, снижаются потери в результате отсутствия щеточных

контактов, это позволяет выпускать СГ на высокие напряжение и большие мощности.

Ротор СГ несет на себе обмотку возбуждения, питаемую постоянным током. В зависимости

от формы ротора и укладки на нем обмотки возбуждения СГ делятся на два типа:

явно полюсные и неявнополюсные.

НЕЯВНОПОЛЮСНЫЕ СГ используются при высоких скоростях вращения (> 1500 об/мин),

- приводными двигателями, как правило, являются турбины. Обмотка возбуждения такой машины

распределена по всему ротору.

 

 

 ЯВНОПОЛЮСНЫЕ СГ работают при меньших скоростях вращения и ротор четко обозначен

 

 

Полюсными наконечниками, приводными двигателями, как правило, служат дизели.

 

 

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения постоянным током, через кольца, щетки, различают СГ с автономными возбудителями и с самовозбуждением.

К вопросу о регулировании напряжения СГ, важно следующее. СГ имеет на выходах напряжение,

которое зависит как от величины нагрузки, так и от коэффициента мощности (cos f) и меняется под

влиянием внутреннего падения напряжения и реакции якоря. РЕАКЦИЕЙ ЯКОРЯ называется воздействие

магнитодвижущей силы (МДС) якоря на МДС полюсов, в итоге изменяется магнитное поле и ЭДС СГ.

        При чисто активной нагрузке ток в якоре совпадает с ЭДС по фазе, и их максимум приходится на момент прохождения полюса под активной стороной обмотки. В этом случае магнитный поток якоря проходит поперек полюсов, намагничивая у генератора сбегающие и размагничивая набегающие края полюсов. Общая намагниченность полюсов почти не меняется, следовательно, практически не меряется и ЭДС СГ. Такая реакция якоря, определяемая действием поперечной МДС, не меняя величины ЭДС, искажает

только ее форму. Для машин с явно выраженными полюсами ее действие приблизительно в два раза

меньше, чем у машин с неявно выраженными полюсами.

       При чисто индуктивной нагрузке ток в якоре отстает от ЭДС на 90 градусов, поэтому его максимум

наступает с опозданием на четверть периода относительно максимума ЭДС. В этом случае магнитный

поток якоря проходит вдоль полюсов, размагничивая их. Следовательно, продольная МДС реакции

якоря при чисто индуктивной нагрузке уменьшает ЭДС СГ и требует дополнительного расхода энергии

для его подмагничивания. Искажение формы ЭДС при такой нагрузке незначительно.

         При чисто емкостной нагрузке также действует продольная МДС реакции якоря, но намагничивающая

полюса и увеличивающая ЭДС СГ. Действие продольной МДС реакции якоря при реактивной нагрузке у СГ

с явно выраженными полюсами приблизительно на 15% слабее, чем у неявно полюсных СГ.

       В реальных условиях всегда существует СМЕШАННАЯ нагрузка, когда действуют и поперечная, и

продольная составляющие реакции якоря. По этой причине напряжение на выводах во многом зависит

от коэффициента мощности нагрузки. Если при чисто активной нагрузке наклон внешней характеристики

СГ не превышает 5 – 7%, то при индуктивном cosf = 0,6 он возрастает до 25 -40%. Из сказанного следует,

как важно поддерживать высокий коэффициент мощности нагрузки. Этому в значительной степени

способствует наибольшая загрузка индуктивных по характеру потребителей и сокращение их холостого хода.

Для поддержания постоянства напряжения на выводах генератора при переменной нагрузке необходимо

автоматическое регулирование ЭДС изменением тока возбуждения СГ.

      В зависимости от источника питания обмотки возбуждения СГ различают генераторы с независимым

возбуждением и самовозбуждением.

 

 

Наибольшее распространение на судах получили синхронные генераторы с самовозбуждкнием,

Работающие по принципу фазного компаундирования. Трансформатор фазного компаундирования (ТФК),

(Т) имеет две первичные W1, W2 и одну вторичную (суммирующую) W3, обмотки. W1, W2 включены

последовательно и параллельно нагрузке, выполняя функции обратных связей по току и напряжению.

 Дроссели L1 – L2, обеспечивают сдвиг напряжения СГ в ТФК на 90 градусов. С W3 снимается вектор

результирующего напряжения U о.с., и подается через выпрямитель на обмотку возбуждения СГ. 

В результате суммирования МДС W1, W2 – U o.c. возрастает или уменьшается, таким образом, повышая или снижая ток возбуждения в обмотке СГ под воздействием меняющейся нагрузки. Если нагрузка СГ меняется по характеру, становясь активно-индуктивной, то увеличится угол f, и в результате размагничивающего действия продольной реакции якоря уменьшается ЭДС, а следовательно, и напряжение СГ. Далее происходит поворот вектора U o.т. в сторону его отставания относительно U г. На соответствующий угол f. Таким образом, чем меньше cos f, тем больше угол поворота и тем больше напряжение U o.c.. Это ведет к увеличению тока возбуждения СГ, чем компенсируется размагничивающее действие реакции якоря. Начальный процесс самовозбуждения СГ затрудняется внутренним сопротивлением выпрямителя, включенного в цепь обмотки возбуждения. Существуют различные способы повышения напряжения на выпрямителе в начальный момент возбуждения. В нашем случае используется резонансный контур, состоящий из конденсаторов С1- С3 и дросселей L4 – L6. Этот контур включен параллельно обмотке W2 и настроен на половину номинальной частоты СГ. Поэтому возбуждение СГ происходит при выходе первичного двигателя на частоту вращения, равную 50% номинальной.

    Для параллельной работы СГ с сетью должны быть выполнены следующие условия:

· мгновенные значение ЭДС СГ должны быть равны и направлены встречно мгновенным значениям напряжения сети;

· частота СГ должна соответствовать частоте сети;

· порядок чередования фаз СГ должен соответствовать порядку чередования фаз в сети.

    Приведение СГ к вышеуказанным условиям называется СИНХРОНИЗАЦИЕЙ. В условиях судовой электростанции синхронизация выполняется методом точной автоматической или ручной синхронизации, самосинхронизации и методом грубой синхронизации (через реактор).

      3.4 Защиты синхронных генераторов.

  Для генераторов предназначенных для параллельной работы должны быть установлены по крайней мере

следующие устройства защиты:

   1. от перегрузок.

   2. от короткого замыкания.

   3. от обратной мощности.

   4. от минимального напряжения.