СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОМ ЕЛЕКТРОХОДУ «MARAN GAS ACHILLES»

 Колебанов Олександр Костянтинович

Вступ. Єдині електроенергетичні системи (ЄЕС) широко використовуються на пасажирських, технічних, промислових та інших суднах морського і річкового флоту. До складу ЄЕС входить гребна електрична установка (ГЕУ), яка веде в роботу гребні двигуни, і суднова електроенергетична станція (СЕЕС) для живлення всіх загальносуднових споживачів. Як показує аналіз, основним джерелом електроенергії на судах з ЄЕС є дизель-генератори змінного струму.

Основна частина. Блок-схема ЄЕС, до складу якої входять чотири головних генератора G1 ... G4 і генератор G5, що виконує функції гальма, аварійного та спеціально-го джерела, що забезпечує живучість судна. Статичні перетворювачі UZ1 і UZ2 керують роботою гребних електродвигунів М1, М2, а перетворювачі UZ3, UZ4 - електродвигунами підрулюючих пристроїв М3, М4. У ходовому режимі загальносуднові споживачі (ЗСС) живляться від головного розподільного щита (ГРЩ), який отримує напругу через силовий трансформатор, Т3. При стоянці судна і в аварійному режимі живлення ЗСС забезпечується дизель-генератором G5. У ряді випадків відповідальні споживачі (ВС) отримують живлення від генератора G5, що працює постійно, при цьому навантаження дизель-генератора буде змінюватися в широкому діапазоні - від номінальної до мінімальної величини.

     Особливість ЄЕС полягає в застосуванні силових статичних напівпровідникових перетворювачів, які є нелінійним навантаженням. Порівняність потужності джерел і споживачів викликає істотне спотворення синусоїдальності кривої напруги в судновий мережі і негативно позначається на роботі всіх складових електростанції [1]. Застосування спеціальних схемних рішень і пристроїв дозволяє знизити значення коефіцієнта нелінійних спотворень напруги k_c до величини, що не перевищує 10%.У зв'язку з живленням ОСП від шин ЄЕС або через понижуючий силовий трансформатор T5, коефіцієнт нелінійних спотворень може ще більше зрости через роботу загальносуднових споживачів з нелінійними характеристиками. Це може збільшити нелінійні спотворення в силових мережах ГЕУ і для живлення систем автоматики і управління гребної установки.

 В системі управління частотою обертання дизеля Д використовується цифровий регулятор частоти обертання ЦРЧ, на вхід якого надходить сигнал негативного зворотного зв'язку з датчика частоти імпульсів ДІ, пропорційний частоті обертання генераторного агрегату. Регулятор контролює фактичне відхиленням ня частоти імпульсів від заданої, яка визначається еталонним значенням f_Е і оперативним впливом на частоту за двома входами f > і f I_A актуатором А, пропорціоний різниці заданої і фактичної частот обертання валу генераторного агрегату. Актуатором є поворотний пристрій, що складається з електромагніту і поворотної пружини. Чим більше струм в обмотці електромагніта, тим більше кут повороту a_A вихідного вала актуатора. Це буде відповідати збільшенню кількості палива, що надходить у двигун внутрішнього згоряння при збільшенні його частоти обертання і моменту. При роботі установки із змінною частотою обертання на входи регулятора ЦРЧ f > і f < через імпульсний перетворювач ІП подається сигнал з виходу блоку економічного режиму БЕР. Цей блок, отримавши на вхід сигнал про активної потужності, що віддається генератором PГ, сформований в блоці вимірювання БВ, виробляє оптимальний сигнал по відхиленню частоти обертання генератора D. Для його визначення використовується залежність

в якій значення   є характеристикою економічного режиму дизеля. Точна підтримка заданої частоти обертання дизеля забезпечує оптимальну витрату палива [4]. Зниження частоти обертання дизеля (до 75-80% від номінальної величини) призведе до зменшення частоти вихідної напруги генератора. Підтримка амплітуди напруги генератора на номінальному рівні буде забезпечено за рахунок регулятора збудження – РЗ, на вході якого порівнюється значення напруги на виході генератора і заданої напруги U_Н. Для цього використовуються синхронні генератори з «високою» характеристикою холостого ходу і підвищеною номінальною напругою [5].

Система підтримки амплітуди змінної напруги на виході дизель-генератора складається з силових і керуючих пристроїв. На виході дизель-генераторного агрегату під’єднано перетворювач частоти ПЧ, особливістю якого є робота при зниженні вхідної частоти напруги до 25% від номінального значення (перетворювачі фірми Siemens та ін). На входи контролера надходять сигнали управління частотою U_УЧ, і напругою U_УН. На виході перетворювача частоти встановлено фільтр низьких частот ФНЧ, призначений для отримання синусоїдальної форми вихідної напруги, що надходить на навантаження Н.

Підтримка амплітуди змінної напруги на виході генераторного агрегату здійснюється регулятором напруги РН, на входи якого поступають напруги завдання U_ЗН і зворотного зв'язку U_ЗЗН. Для отримання цього сигналу використовується датчик напруги ДН, підключений до виходу генераторного агрегату. У міру збільшення струму навантаження вихідна напруга U_ВИХ буде знижуватися через зростання втрат у фільтрі низьких частот, а також в елементах перетворювача частоти. З допомогою на гою датчика напруги формується сигнал зворотного зв'язку по напрузі U_ЗЗН, який порівнюється з сигналом завдання U_ЗН, і отримана різниця надходить на вхід регулятора напруги. В результаті на виході регулятора напруги буде отримано сигнал компенсації U_К. В сигнал завдання U_ЗН додається величина сигналу компенсації U_К, а отриманий сигнал U_УН задає напругу для перетворювача частоти. У режимі холостого ходу, коли струм навантаження дорівнює нулю, U_ЗН = _UОСН, при цьому U_К = 0.

Оцінка помилки по напрузі на навантаженні визначається  величиной падіння напруги на навантаженні при номінальному струмі без замкнутої системи регулювання; К_РН - коефіцієнт посилення регулятора напруги РН.

При значенні  = 5% (від U_H) при номінальному струмі навантаження і коефіцієнті посилення регулятора К_РН = 10 помилка становить DU_НАВ = 0,6%.

Висновок. Запропонована вище система управління відрізняється від класичної системи по відхиленню, що вимагає наявність датчика напруги з низьким рівнем пульсацій вихідного сигналу. У разі застосування вимірювача на базі випрямляча буде потрібно згладжує фільтр високого порядку з великою постійної часу, який помітно знизить швидкодію системи. Основна перевага запропонованої системи управління, в порівнянні з класичною системою, полягає в можливості роботи при наявності пульсацій на виході вимірювача напруги, що дозволяє відмовитися від використання додаткових фільтрів і підвищити швидкодію і точність роботи системи.

1. Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок/ – Л.: Судостроение, 1990. – 264 с.
2. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршне- вых и комбинированных двигателей / под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машино- строение, 1993. – 372 c.
3. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием // Комсомол.-на-Амуре гос. техн. ун-т. – Владивосток: Дальнау- ка, 2002. – 140 c.
4. Обухов С.Г., Плотников И.А. Экспериментальные исследования дизель-генераторной установки на перемен- ной частоте вращения // Известия Томского политехническо- го университета. – 2015. – Т. 326, № 6.

Электроснабжение потребителей на судах с ЕЭС / Г.И. Коробко, В.В. Лебедев, И.Г. Коробко, С.В. Попов // Вестник ВГАВТ. – 2015. – Вып. 44