Правилами Регистра СССР в ГЭУ переменного тока используется напряжение до 7500 В. Повышенное напряжение позволяет уменьшить массу и размеры всего электрооборудования, связанного с главным током ГЭУ. В этом случае значительно уменьшается сечение обмоток машин и всех токоведущих частей, но одновременно повышаются требования к изоляции и к вопросам безопасности труда.
При проектировании ГЭУ переменного тока приходится решать вопрос о том, как регулировать частоту вращения гребного электродвигателя. Как известно, выбор способов регулирования: здесь весьма ограничен.
Регулирование изменением активного сопротивления цепи ротора, как известно, можно применять только в том случае, если в качестве гребного выбран двигатель с фазным ротором. Кроме недостатков, связанных с конструкцией самого двигателя, и неудобств, вызванных включением мощных реостатов в цепь ротора, напомним о потерях энергии в роторной цепи. При снижении частоты вращения двигателя, например, вдвое по сравнению с частотой вращения холостого хода половина всей мощности, потребляемой двигателем, превращается в тепло на регулировочных реостатах. Существуют способы регулирования частоты вращения, при которых дополнительная энергия роторной цепи используется полезно.
Регулирование частоты вращения гребного двигателя переключением числа пар полюсов обмотки статора также неудобно для ГЭУ. Во-первых, ограниченное число скоростей и ступенчатость регулирования резко снижают маневренные качества судна, во- вторых, переключение под током обмоток мощного электродвигателя повышенного напряжения весьма сложно.
Плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне достигается изменением частоты переменного тока. Этот способ и нашел наибольшее распространение в ГЭУ. Его недостаток заключается в том, что частота генераторов переменного тока практически может регулироваться только изменением их частоты вращения. Таким образом, в ГЭУ переменного тока частота вращения гребного электродвигателя регулируется изменением частоты вращения первичных двигателей. В этом случае в качестве гребного электродвигателя могут быть использованы как синхронный, так и короткозамкнутый асинхронный двигатели.
В ГЭУ преимущественно применяют синхронный двигатель, который имеет более высокий к. п. д. и позволяет повысить cosφ до единицы.
Определенные трудности в ГЭУ переменного тока вызывает реверсирование гребного электродвигателя. Для этого, как известно, нужно изменить порядок чередования фаз, т. е. разорвать цепь главного тока. Приходится предварительно отключать источник возбуждения генераторов и гребного электродвигателя, чтобы разрыв цепи происходил при отсутствии тока. В ГЭУ переменного тока с дизелями в качестве первичных двигателей применяют, как правило, четыре и более генераторных агрегатов. Генераторы включают на параллельную работу на общие шины, как на обычной электростанции. Гребные электродвигатели получают питание от этих шин.
Если первичными двигателями являются турбины, то число генераторных агрегатов обычно не превышает двух. Объясняется это тем, что дробление мощности турбин на отдельные агрегаты снижает ее экономичность и увеличивает массу и размеры.
Для примера рассмотрим принципиальную схему главного тока турбоэлектрохода (рис. 180). Схема допускает три режима работы ГЭУ: 1) каждый генератор работает на свой гребной электродвигатель; 2) генератор левого борта работает на оба двигателя; 3) генератор правого борта работает на оба двигателя.
Разъединители генераторов РГ1 и РГ2, секционный разъединитель PC, реверсивные переключатели двигателей ПР1 и ПР2 и выключатели ВТ1 и ВТ2 резисторов динамического торможения Rт1 и Rт2 могут замыкаться и размыкаться только при отсутствии тока в главной цепи. Набор схемы для соответствующего режима ГЭУ выполняется генераторными разъединителями РГ1 и РГ2 и секционным разъединителем PC.
Рис. 180. Схема главного тока турбоэлектрохода
Управление каждым гребным двигателем при пуске, торможении и реверсировании производится раздельно включением и выключением в определенной последовательности источников возбуждения генератора и двигателя, реверсивного переключателя и выключателя тормозных резисторов. Причем все эти операции осуществляются поворотом одного штурвала, который имеет следующие фиксированные положения: «стоп», «задержись», «пуск», «ход», «пуск назад», «ход. назад».
Перед пуском ГЭД главный турбогенератор должен иметь частоту вращения не более 25% номинальной. Включается в работу соответствующий агрегат возбуждения. Пуск ГЭД производится поворотом штурвала из положения «стоп» в положение «пуск» без остановки в положении «задержка». При этом двигатель подключается к генератору замыканием реверсивного переключателя; на обмотку возбуждения генератора подается повышенное напряжение (форсировка возбуждения). Электродвигатель в это время не имеет возбуждения и разгоняется в асинхронном режиме. Для этого у него на роторе, кроме обмотки возбуждения, имеется короткозамкнутая обмотка (пусковая).
Штурвал переводится в положение «ход», когда частота вращения электродвигателя будет близка к синхронной, что при данной частоте составит примерно 25% номинальной. Включается источник возбуждения двигателя и он втягивается в синхронизм. Устанавливается нормальное возбуждение генератора, увеличивается частота вращения турбогенератора в соответствии с заданным ходом судна.
Реверсирование ГЭД состоит из его торможения и последующего пуска назад.
Предварительно частота вращения турбогенератора, а следовательно, и гребного двигателя уменьшается до 25% номинальной.
Штурвал переводится из положения «ход» в положение «задержка». При этом отключается источник возбуждения генератора и двигателя. Когда ток главной цепи уменьшится до нуля, штурвал переводится в положение, «стоп». Этим размыкается реверсивный переключатель и замыкается выключатель динамического торможения. Гребной двигатель отключается от генератора и замыкается на реостаты торможения. Одновременно на обмотку возбуждения гребного электродвигателя подается напряжение и юн переходит в режим динамического торможения. Когда частота вращения ГЭД уменьшится почти до нуля, штурвал переводится в положение «пуск назад» без остановки в положении «задержка». Весь процесс пуска назад происходит совершенно аналогично пуску вперед.
Различные виды защиты в ГЭУ переменного тока, как и в ГЭУ постоянного тока, действуют либо на сигнал, либо на отключение источника возбуждения генераторов и гребных электродвигателей.
В ГЭУ переменного тока нет причин для разгона гребного электродвигателя и первичных двигателей, поскольку частота вращения машин переменного тока жестко определяется частотой тока, нет причин и для непроизвольного реверса первичных двигателей. Применяют следующие виды защиты.
- Дифференциальная защита генераторов и гребных электродвигателей действует на отключение их возбуждения. Это специальный вид защиты, применяемый только в электроустановках переменного тока. Защищается определенный участок схемы, т. е. защита реагирует только на повреждения (двух- и трехфазные короткие замыкания) внутри этого участка. В данном случае защита каждого генератора включает в себя обмотки генератора и часть кабельной сети вместе с генераторным разъединителем, а защита гребного двигателя — обмотки двигателя и кабель до реверсивного переключателя.
- Защита от перегрузки выполняется при помощи реле тока и времени. При незначительных перегрузках реле действует на сигнал, а при больших — на отключение возбуждения. Контролируются также температура обмоток электрических машин и температура охлаждающего воздуха.
- При срабатывании быстрозапорного клапана в турбинных установках также отключается возбуждение генератора и ГЭД.
- Защита от однофазного замыкания на корпус судна действует на сигнал.
В последнее время строят промысловые суда с ГЭУ переменного тока и с ВРШ. Значительная часть общей мощности ГЭУ используется для работы рыбообрабатывающего завода, рефрижераторных установок и траловой лебедки. Отбор мощности в ГЭУ переменного тока осуществляется обыкновенными трансформаторами. Гребной двигатель на таких судах вращается с постоянной частотой, а необходимая маневренность судна обеспечивается ВРШ.
