Устройство эксплуатация судовых синхронных генераторов

Принцип действия и устройство судовых синхронных генераторов и двигателей, типы их, область применения.

Генерирование и распределение электрической энергии на современных судах, как правило, осуществляется на переменном токе. Даже в тех случаях, когда значительную часть судовой элек­трической нагрузки составляют потребители постоянного тока, их питание обеспечивается преобразователями переменного тока в постоянный. Поэтому, основным типом современных судовых источников электрической энергии являются источники перемен­ного тока.

На судах отечественного морского флота используется не­сколько серий судовых синхронных генераторов с мощностями в диапазоне от десятков киловатт до единиц мегаватт: МСК, МСС, ГСС, ГМС, ТМВ и др., которые выполняются на напряжение 230 или 400 В с частотой 50 Гц. Номинальные частоты вращения гене­раторов могут быть 500, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин. Общий вид судового синхронного генератора показан на рис. 3.

Рисунок 3 — Общий вид судового синхронного генератора

На судах широкое применение получили трехфазные синхронные генераторы (СГ), чаще всего с самовозбуждением или независимым возбуждением (при небольшой мощности синхронного генератора). Во втором случае в качестве возбудителя чаще всего применяются генераторы постоянного тока, соединенные по валу с генерирующим агрегатом, с помощью эластичной муфты. Наибольшее применение получили СГ следующих серий: МС, МСК, МСС, ГМС, ОС, СБГ.

Судовые синхронные генераторы принципиально не отличаются от генераторов, устанавливаемых на береговых электростанциях (рис. 4,а). Приводной двигатель ПД вращает ротор генератора, на котором расположена обмотка возбуждения ОВ. Во вращающуюся обмотку возбуждения через подвижные кон­такты, образованные щетками и контактными кольцами, по­ступает постоянный ток — ток возбуждения . Этот ток, про­ходя по обмотке возбуждения, создает основной магнитный поток машины , вращающийся вместе с обмоткой возбуждения. На статоре расположена трех­фазная обмотка, к которой подключается нагрузка генератора. В результате взаимодействия магнитного поля с проводниками статорной обмотки в ее фазах индуктируются три симметричные ЭДС , , , сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2π/3. Эти ЭДС обеспечивают на зажимах генератора (и на­грузки) трехфазное напряжение (линейные напряжения , , ), которое в свою очередь обусловливает трехфазный ток (линейные токи , , ).

Рисунок 4 — Принципиальные схемы возбуждения синхронных генераторов

Статорная обмотка судовых генераторов соединяется звездой или треугольником. Нейтральная точка звезды изолируется, так как нейтрального провода в СЭЭС нет. Изоляция нейтральной точки в судовых генераторах обусловлена главным образом требо­ваниями техники безопасности.

Судовые синхронные генераторы бывают брызгозащищенного или водозащищенного типа. Конструкция подшипников должна обеспечивать надежную длительную работу при предельно допу­стимых кренах, дифферентах и вибрациях. Напряженный темпе­ратурный режим в судовых машинных отделениях требует принудительного охлаждения генераторов. Обычно применяется воз­душное охлаждение с помощью крыльчатки, укрепленной на валу самого генератора (самовентиляция). В большинстве случаев охлаждение современных синхронных генераторов происходит по замкнутому циклу: нагретый в машине воздух поступает в водяной воздухоохладитель, где охлаждается и затем вновь подается в гене­ратор. Воздухоохладитель обычно располагается над генератором и крепится на наружной стороне его корпуса (рис. 3). Такая система вентиляции сложнее и дороже, чем вентиляция по разомк­нутому циклу, но она обеспечивает более комфортные условия работы в машинном отделении (не происходит выброса горячего воздуха в помещение), предотвращает загрязнение внутренних поверхностей генератора парами нефтепродуктов и пылью, что повышает его надежность и долговечность, и практически не зависит от температуры воздуха в машинном отделении.

В некоторых типах генераторов, в частности в генераторах серии ТК2, применяется жидкостное охлаждение обмоток, являющееся более сложным, но и более эффективным, чем воздушное, и способствующим улучшению массогабаритных показателей гене­раторов.

Обычно у судовых генераторов, так же, как и у общепромыш­ленных, трехфазная обмотка переменного тока располагается на статоре, а обмотка постоянного тока (обмотка возбуждения) — на роторе. Однако есть типы судовых генераторов малой мощ­ности (например, серии ЕСС), у которых принято обратное расположение обмоток (такие генераторы называются обращен­ными) .

Важнейшим фактором, влияющим на все характеристики гене­ратора, в том числе и на его конструкцию, является способ возбуждения генератора — способ получения, регулирования и пере­дачи в обмотку возбуждения тока возбуждения.

До середины 60-х годов основным вариантом системы возбужде­ния судовых генераторов была схема независимого возбуждения, при которой в качестве источника постоянного напряжения исполь­зовался электромашинный генератор постоянного тока (возбуди­тель В). Возбудитель устанавливался на общем валу с синхронным генератором и приводился во вращение от общего приводного двигателя. Якорная обмотка возбудителя питала обмотку возбуж­дения генератора (рис. 4, а). Мощность возбудителя состав­ляла 1,5—4 % мощности синхронного генератора. Этот способ возбуждения имеет существенные недостатки. Главный из них — низкая надежность возбудителя (коллекторная машина). Как показывает практика эксплуатации СЭЭС, большая часть аварий генераторных агрегатов происходит из-за повреждений возбуди­теля. Кроме того, несмотря на незначительность мощности возбу­дителя, по сравнению с мощностью синхронного генератора, массо-габаритные характеристики заметно ухудшаются из-за возбуди­теля. Особенно возрастает длина агрегата.

В настоящее время судовые генераторы с возбудителем постоян­ного тока уже не выпускаются, но на судах постройки 50—60-х годов такие генераторы (главным образом, серии МС) продолжают работать.

Более совершенной является система самовозбуждения, отли­чающаяся тем, что для возбуждения генератора используется небольшая часть (

2—5 %) электрической энергии, вырабаты­ваемой этим же генератором. Поскольку для возбуждения требу­ется постоянный ток, а генератор дает переменный, то возникает необходимость в промежуточном преобразовательном звене — выпрямителе (4,б). Один из основных элементов си­стемы — выпрямитель — выполняется на полупроводниковых вен­тилях (диодах, тиристорах) и обладает достаточно высокой надеж­ностью, малой массой и габаритами, что и определяет широкое применение этого способа возбуждения на судах.

Обычно элементы системы самовозбуждения (автоматического регулирования напряжения) располагаются над статором генера­тора рядом с воздухоохладителем (рис. 3).

Для обеспечения начального возбуждения используется допол­нительный источник постоянного напряжения (например, аккуму­ляторная батарея), который на время запуска (порядка секунд) подключается к обмотке возбуждения. После того, как на зажимах генератора появляется напряжение, этот источник уже не нужен и его отключают.

Начальное возбуждение практически может быть обеспечено и без дополнительного источника постоянного напряжения за счет остаточной ЭДС, индуктируемой в статорной обмотке остаточным магнитным потоком ротора. В подавляющем большинстве судовых синхронных генераторов с самовозбуждением процесс начального возбуждения при пуске генератора обеспечивается именно за счет остаточной ЭДС.

Перспективной системой возбуждения синхронных генераторов, которую уже начали использовать на судах, является бесщеточная система независимого возбуждения. Генераторы с такой системой возбуждения получили название бесщеточных синхронных гене­раторов (БСГ).

В настоящее время предложено много вариантов схем возбуж­дения БСГ. Принципиальная схема одного из вариантов представ­лена на рис. 4,в. Для возбуждения используется электромашин­ный возбудитель — синхронный генератор, имеющий две трех­фазные обмотки переменного тока: одна расположена на статоре, другая — на роторе. Статорная обмотка возбудителя получает питание от синхронного генератора. Переменное напряжение, снимаемое с роторной обмотки, подается на выпрямитель, который нагружен на обмотку возбуждения синхронного гене­ратора.

Основное достоинство такой системы возбуждения – отсут­ствие щеточного аппарата (контактных колец и щеток), что повы­шает удобство эксплуатации и надежность подачи питания в об­мотку возбуждения.

Синхронные генераторы

Генерирование и распределение электрической энергии на современных судах, как правило, осуществляется на переменном токе. Даже в тех случаях, когда значительную часть судовой элек­трической нагрузки составляют потребители постоянного тока, их питание обеспечивается преобразователями переменного тока в постоянный. Поэтому основным типом современных судовых источников электрической энергии являются источники перемен­ного тока.

На судах отечественного морского флота используется не­сколько серий судовых синхронных генераторов с мощностями в диапазоне от десятков киловатт до единиц мегаватт: МСК, МСС, ГСС, ГМС, ТМВ и др., которые выполняются на напряжение 230 или 400 В с частотой 50 Гц. Номинальные частоты вращения гене­раторов могут быть 500, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин. Основные технические данные судовых генераторов серии МСК даны в табл. 2.2. Общий вид судового синхронного генератора показан на рис. 2.3.

дительного охлаждения генераторов. Обычно применяется воз­душное охлаждение с помощью крыльчатки, укрепленной на валу самого генератора (самовентиляция). В большинстве случаев охлаждение современных синхронных генераторов происходит по замкнутому циклу: нагретый в машине воздух поступает в водяной воздухоохладитель, где охлаждается и затем вновь подается в гене­ратор. Воздухоохладитель обычно располагается над генератором и крепится на наружной стороне его корпуса (см. рис. 2.3). Такая система вентиляции сложнее и дороже, чем вентиляция по разомк­нутому циклу, но она обеспечивает более комфортные условия работы в машинном отделении (не происходит выброса горячего воздуха в помещение), предотвращает загрязнение внутренних поверхностей генератора парами нефтепродуктов и пылью, что повышает его надежность и долговечность и практически не зависит от температуры воздуха в машинном отделении.

В некоторых типах генераторов, в частности в генераторах серии ТК2, применяется жидкостное охлаждение обмоток, являющееся более сложным, но и более эффективным, чем воздушное, и способствующим улучшению массогабаритных показателей гене­раторов.

Обычно у судовых генераторов, так же, как и у общепромыш­ленных, трехфазная обмотка переменного тока располагается на статоре, а обмотка постоянного тока (обмотка возбуждения) — на роторе. Однако есть типы судовых генераторов малой мощ­ности (например, серии ЕСС), у которых принято обратное расположение обмоток (такие генераторы называются обращен­ными) .

Важнейшим фактором, влияющим на все характеристики гене­ратора, в том числе и на его конструкцию, является способ Возбуждения генератора — способ получения, регулирования и пере­дачи в обмотку возбуждения тока Возбуждения.

До середины 60-х годов основным вариантом системы Возбужде­ния судовых генераторов была схема независимого возбуждения, при которой в качестве источника постоянного напряжения исполь­зовался электромашинный генератор постоянного тока (возбуди­тель В). Возбудитель устанавливался на общем валу с синхронным генератором и приводился во вращение от общего приводного двигателя. Якорная обмотка возбудителя питала обмотку возбуж­дения генератора (см. рис. 2.4, а). Мощность возбудителя состав­ляла 1,5—4 % мощности синхронного генератора. Этот способ возбуждения имеет существенные недостатки. Главный Из них — низкая надежность возбудителя (коллекторная машина). Как показывает практика эксплуатации СЭЭС, большая часть аварий генераторных агрегатов происходит из-за повреждений возбуди­теля. Кроме того, несмотря на незначительность мощности возбу­дителя, по сравнению с мощностью синхронного генератора, массо-габаритные характеристики заметно ухудшаются из-за возбуди­теля. Особенно возрастает длина агрегата.

мощности и специального исполнения, используемые главным образом в системах электродвижения.

Не отличаясь по принципу действия и составу основных элементов от соответствующих генераторов общепромышленного назначения, судовые генераторы постоянного тока имеют некоторые конструктивные особенности, обусловленные спецификой судовых условий, как и генераторы переменного тока (см. § 2.2).

На рис. 2.8 показаны основные схемы возбуждения и им соответствующие внешние характеристики судовых генераторов постоянного тока: схема независимого возбуждения от дополни­тельного источника постоянного напряжения (а) и схемы само­возбуждения при параллельном (б) и смешанном (в) включении обмоток возбуждения.

Наибольшее применение на судах получили генераторы смешан­ного возбуждения с согласным включением обмоток возбуждения. При соответствующем выборе параметров последовательной обмотки возбуждения удается компенсировать основные причины изменения напряжения генератора при изменении его нагрузки (размагничивающее действие якорной обмотки и падение напря­жения в якорной обмотке). В результате достигается достаточная стабильность напряжения генератора даже без применения си­стемы автоматического регулирования напряжения (характери­стика 1 на рис. 2.8, в).

В тех случаях, когда требуется мягкая внешняя характеристика генератора (например, для питания некоторых электроприводов), используется встречное включение обмоток возбуждения (харак­теристика 2 на рис. 2.8, в).

У генераторов постоянного тока начальное самовозбуждение при пуске осуществляется за счет остаточной ЭДС.

Согласно Правилам Регистра СССР отклонения постоянного напряжения от номинального значения £/_ном во всем диапазоне изменения нагрузки генератора и при изменении частоты вращения приводного двигателя в диапазоне +5 % не должны пре­вышать ±2,5 % [/_Ном- В динамических режимах (при сбросах и набросах 100 % нагрузки) отклонения напряжения не должны превышать ±10 % f/_H0M.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Судовые генераторы

3.2.1. Общие сведения

Судовые генераторы – основные источники электроэнергии. При увеличении нагрузки на генератор ток растёт, а напряжение падает . Основное требование к генераторам поддержание постоянства основных параметров при изменении нагрузки в широких пределах.

В качестве генераторов на судах используются генераторы постоянного и переменного тока. Выбор рода тока определяется потребностями потребителей.

Генераторы с независимым и параллельным возбуждением имеют достаточно жёсткую внешнюю характеристику . Данные типы генераторов используется в качестве возбудителей для синхронных генераторов , в гребных электроустановках и системах управления типа Г-Д.

Основными генераторами электростанций постоянного тока обычно являются генераторы смешанного возбуждения, которые наряду с параллельной обмоткой возбуждения имеют ещё и последовательную обмотку. Эти генераторы имеют наиболее жесткую внешнюю характеристику. Не нуждаются в дополнительных регуляторах так как последовательная обмотка обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения . При увеличении нагрузки, увеличивается ток последовательной обмотки, магнитный поток которой, компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и уменьшение магнитного потока за счёт уменьшения тока возбуждения.

На современных судах в качестве генераторов в основном используются генераторы трёх фазного переменного тока .

Судовые СГ выполняют на напряжения 400 и 230 В, с соединением обмоток статора соответственно по схемам «звезда» и «треугольник», в диапазоне мощностей 30-3000 кВт при номинальном коэффициенте мощности соsφ = 0,8. Частоты вращения генераторов составляют 500, 750,1000, 1500 и 3000 об/мин. Изоляция обмоток генераторов классов В, Р и Н. Режим работы СГ всех типов продолжительный ( S1 ).

В зависимости от типа и мощности СГ при номинальных напряже-нии, частоте и рабочей температуре выдерживают перегрузку по току 10 % номинального в течение 60-120 мин, 25 % в течение 10-30 мин, 50 % в течение 1-5 мин. Без механических и тепловых повреждений генераторы выдерживают 3-фазное КЗ в течение 5-10 с, при этом ударный ток КЗ не превосходит 14-17-кратного значения амплитуды номинального тока, а установившийся ток КЗ составляет не менее 3- 4-кратного значения номинального тока.

3.2.2.Системы возбуждения СГ

На судах используются СГ с различными системами возбуждения, в которых изменение тока возбуждения происходит автоматически. Системы возбуждения СГ бывают трех видов: с независимым возбуждением, с самовоз­буждением и бесщёточные (рис. 3.1).

Рисунок 3.1. Принципиальные схемы систем возбуждения СГ:

а ) – с независимым; б ) – с самовозбуждением; в ) бесщёточный.

При независимом возбуждении (рис. 3.1, а) в качестве источника возбуждения используется возбудитель В — генератор постоянного тока небольшой мощности с параллельной обмоткой возбуждения ОВВ, сидящий чаще всего на одном валу с синхронным генератором СГ. Регулятор возбуждения R предназначен для регулирования напряжения вручную. Применение в качестве возбудителя добавочной электрической машины постоянного тока усложняет конструкцию и снижает надежность СГ.

Создание мощных и надежных полупроводниковых вентилей обес­печило переход на самовозбуждение СГ, при котором мощность для цепи возбуждения отбирается от 3-фазной обмотки статора СГ и подается в обмотку возбуждения ОВГ через трансформатор Т и выпря­митель UZ .

В обоих рассмотренных случаях на валу СГ находятся 2 контакт­ных кольца с установленными на них щетками, что усложняет конст­рукцию и снижает надежность генераторов. Для облегчения работы щеточного аппарата напряжение возбуждения уменьшают до несколь­ких десятков вольт (например, при помощи трансформатора), но одновременно увеличивают ток возбуждения. Это позволяет сохра­нить мощность цепи возбуждения в необходимых пределах (5-10 % номинальной мощности СГ).

Указанных недостатков лишены бесщеточные . В общем корпусе БСГ находят­ся синхронный генератор СГ и его возбудитель — асинхронный генера­тор ДГ. При вращении ротора БСГ возникающая на зажимах СГ 3-фазная ЭДС передается на обмотку статора Ст асинхронного генерато­ра, в которой образуется вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в обмотке ротора Р асинхронного генератора 3-фазную ЭДС, которая выпрямляется полупроводниковым выпрямителем UZ (за­креплен на валу БСГ). Выпрямленное напряжение поступает на обмотку возбуждения ОВГ синхронного генератора. Вращающаяся часть системы обведена штрихпунктирной линией.

Таким образом, система возбуждения БСГ сочетает характерные признаки систем с независимым возбуждением (имеется возбудитель в виде АГ) и самовозбуждением (мощность для возбуждения АГ отби­рается от обмотки статора СГ).

3.2.3. Техническое обслуживание

Целью ТО является обеспечение исправного технического состояния ГА и длительное поддержание их эксплуатационных характеристик на заданном уровне. Правила технической эксплуатации МРС в зависимости от объема, характера и сроков проведения работ устанавливают три вида ТО: без разборки (ТО № 1); с частичной разборкой (ТО № 2); с полной разборкой (ТО № 3).

При ТО № 1 необходимо: вскрыть смотровые и вентиляционные отверстия; осмотреть контактные кольца (коллекторы), щеточный аппарат и обмотки статора и ротора (якоря); затянуть доступные контактные и крепежные соединения; очистить доступные места и фильтры от загрязнений, продуть генератор сжатым воздухом давле­нием не более 0,2 МПа.

При ТО № 2 необходимо выполнить работы в объеме, предусмотрен­ном ТО № 1, и дополнительно: вскрыть и очистить коробку выводов; протереть доступные места ветошью, смоченной в рекомендованном моющем средстве; при необходимости изменить полярность колец СГ; при необходимости просушить обмотки и покрыть изношенные места изоляции эмалью; осмотреть подшипники и их смазку, при необходи­мости добавить смазку того же сорта.

При ТО № 3 необходимо выполнить работы в объеме ТО № 1 и ТО № 2, а также дополнительно: промыть обмотки статора и ротора (яко­ря); отремонтировать поврежденные места изоляции обмоток, пропи­тать их лаком и покрыть эмалью, после чего просушить; при необходи­мости проточить и отшлифовать контактные кольца (коллекторы); проверить динамометром значение нажатия на щетки, при необходи­мости отремонтировать щеточный аппарат; заменить смазку в подшип­никах; при необходимости окрасить внутренние и наружные поверх­ности статора и ротора; проверить сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой.

После выполнения каждого вида ТО необходимо проверить гене­ратор в режиме холостого хода в течение 1 ч. При этом следует контро­лировать: напряжение генератора, биение колец и работу щеточного аппарата, температуру нагрева корпуса и подшипников, отсутствие постороннего шума и недопустимой вибрации. После выполнения ТО № 3 дополнительно испытывают генератор при номинальной нагрузке в течение 6 ч.

Периодичность ТО синхронных генераторов должна составлять: 2-3 месяца при ТО № 1; 6-12 месяцев при ТО № 2; 48-96 месяцев при ТО № 3. Периодичность ТО генераторов постоянного тока в среднем в 2 раза меньше.

Восстановление до необходимого уровня частично или полностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик ГА достигается с помощью ремонта. Существует 2 вида планово-предупре­дительного ремонта: текущий и капитальный. При текущем ремонте выполняют работы по восстановлению и замене преимущественно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном — работы по восстановлению и замене частей и узлов, связанные с большими объемами сопутствующих работ.

Текущий ремонт проводят во время стоянки судна или на заводе без вывода судна из эксплуатации, а капитальный ремонт — как правило, с выводом судна из эксплуатации. Ремонтные работы проводят члены экипажа, а также работники баз технического обслуживания (БТО) и электроремонтных цехов судоремонтных предприятий.

2.2. Синхронные генераторы

Генерирование и распределение электрической энергии на современных судах, как правило, осуществляется на переменном токе. Даже в тех случаях, когда значительную часть судовой электрической нагрузки составляют потребители постоянного тока, их питание обеспечивается преобразователями перемен­ного тока в постоянный. Поэтому основным типом современных судовых источников электрической энергии являются источники переменного тока.

На судах отечественного морского флота используется не­сколько серий судовых СГ с мощностями в диапазоне от десят­ков киловатт до единиц мегаватт: МСК, МСС, ГСС, ГМС, ТМВ и др., которые выполняются на напряжение 230 или 400 В с частотой 50 Гц. Номинальные частоты вращения генераторов могут быть 500, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Приводной двигатель ПД вращает ротор генератора, на котором располо­жена обмотка возбуждения. Во вращающуюся обмотку возбуждения через подвижные контакты, образованные щетками и кон­тактными кольцами, поступает постоянный ток — ток возбуж­дения Iв, через систему автоматического регулирования напря­жения (САРН). Этот ток, проходя по обмотке возбуждения, создает основной магнитный поток машины Ф₀, вращающийся вместе с обмоткой возбуждения. На статоре расположены трех­фазная обмотка, к которой подключается нагрузка генератора. В результате взаимодействия магнитного поля с проводниками статорной обмотки в ее фазах индуцируются три симметричные ЭДС е_а, е_в, е_с, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2П/3. Эти ЭДС обеспечивают на зажимах генераторов (и нагрузки) трехфазное напряжение (линейные напряжения u_АВ, u_ВС, u_СА).

Статорная обмотка судовых генераторов соединяется звездой или треугольником. Нейтральная точка звезды изолируется, так как нейтрального провода в СЭЭС нет. Изоляция нейтральной точки в судовых генераторах обусловлена главным образом требованиями техники безопасности.

Судовые СГ бывают брызгозащищенного или водозащищен­ного типа. Конструкция подшипников должна обеспечивать надежную длительную работу при предельно допустимых кре­нах, дифферентах и вибрациях. Напряженный температурный режим в судовых машинных отделениях требует принудительного охлаждения генераторов. Обычно применяется воздушное ох­лаждение с помощью крыльчатки, укрепленной на валу самого генератора (самовентиляция). 0хлаждение ее мощных синхронных генераторов происходит по замкнутому циклу: нагретый в машине воздух поступает в водя­ной воздухоохладитель, где охлаждается и затем вновь подается в генератор. Воздухоохладитель обычно располагается над гене­ратором и крепится на наружной стороне его корпуса. Такая система вентиляции сложнее и дороже, чем вентиляция по разомкнутому циклу, но она обеспечивает более комфортные условия работы в машинном отделении (не происходит выбро­са горячего воздуха в помещение), предотвращает загрязнение внутренних поверхностей генератора парами нефтепродуктов и пылью, что повышает его надежность и долговечность и практи­чески не зависит от температуры воздуха в машинном отделении.

В некоторых типах генераторов, в частности в генераторах серии ТК2, применяют жидкостное охлаждение обмоток, являю­щееся более сложным, но и более эффективным, чем воздуш­ное, и способствующим улучшению массогабаритных показа­телей генераторов.

Обычно у судовых генераторов, так же, как и у общепромыш­ленных, трехфазная обмотка переменного тока располагается на статоре, а обмотка постоянного тока (обмотка возбужде­ния) — на роторе. Однако есть типы судовых генераторов малой мощности (например, серии ЕСС), у которых принято обратное расположение обмоток (такие генераторы называются обра­щенными) .

Важнейшим фактором, влияющим на все характеристики генератора, в том числе и на его конструкцию, является способ возбуждения генератора — способ получения, регулирования и передачи вобмотку возбуждения тока возбуждения.

В настоящее время используются судовые генераторы с си­стемой самовозбуждения, отличающиеся тем, что для возбужде­ния генератора используется небольшая часть (

2. 5%) элек­трической энергии, вырабатываемой этим же генератором. По­скольку для возбуждения требуется постоянный ток, а генера­тор дает переменный, то возникает необходимость в промежу­точном преобразовательном звене-выпрямителе. Выпрямитель — выполняется на полупроводниковых вентилях (диодах, тиристорах) и обладает достаточно высокой надежностью, малой массой и габаритами, что и определяет широкое применение этого способа возбужде­ния.

Обычно элементы системы самовозбуждения (автоматического регулирования напряжения) располагаются над статором генератора рядом с воздухоохладителем.

Для обеспечения начального возбуждения используется до­полнительный источник постоянного напряжения (например, аккумуляторная батарея), который на время запуска (порядка секунд) подключается к обмотке возбуждения. После того как на зажимах генератора появляется напряжение, этот источник уже не нужен и его отключают.

Начальное возбуждение практически может быть обеспечено и без дополнительного источника постоянного напряжения. В боль­шинстве судовых СГ с самовозбуждением процесс начального возбуждения при пуске генератора обеспечивается именно за счет остаточного намагничивания.

На судах широко используется бесщеточная система незави­симого возбуждения. Генераторы с такой системой возбужде­ния получили название бесщеточных СГ (БСГ).

В настоящее время предложено много вариантов схем воз­буждения БСГ. Для возбуждения используется электромашинный возбудитель- СГ, имеющий две трехфазные обмотки переменного тока: одна расположена на статоре, дру­гая»- на роторе. Статорная обмотка возбудителя получает пита­ние от СГ. Переменное напряжение, снимаемое с роторной об­мотки, подается на выпрямитель, который нагружен на обмотку возбуждения СГ.

Основное достоинство такой системы возбуждения — отсут­ствие щеточного аппарата (контактных колец и щеток), что повышает удобство эксплуатации и надежность подачи пита­ния в обмотку возбуждения.

Внешние характеристики СГ (независимо от способа его возбуждения) в установившихся симметричных режимах при­ближенно можно описать уравнением

где , и-комплексы напряжения, ЭДС и тока нагрузки генератора; I _В — ток возбуждения генератора; хd — синхронное реактивное сопротивление генератора.

Уравнению (2.1) соответствуют упрощенная схема замеще­ния и векторная диаграмма СГ, представленные на рис. 2.3. Из уравнения (2.1) следует, что изменение тока нагрузки обус­ловливает изменение напряжения генератора, причем на вели­чину напряжения влияет не только модуль тока, по и его фаза (коэффициент мощности нагрузки).

Нагрузка в СЭЭС обычно имеет активно-индуктивный харак­тер при коэффициенте мощности cos порядка 0,8.

Внешние характеристики СГ показывают, что его напряжение существенно (до десятков процентов) изме­няется при изменении нагрузки, если ток возбуждения остается неизменным. Такие изменения напряжения недопустимы с точки зрения обеспечения нормальной работы потребителей. Согласно Правилам Морского Регистра РФ изменения напряжения СГ в установившихся режимах не должны превышать +2,5% U_ном. Для стабилизации c этой точностью напряжения генератора необходимо изменять его ток возбуждения в функции от модуля и фазы (коэффициента мощности) тока нагрузки. Управление током возбуждения генератора осуществляется САРН.

В переходных режимах (внезапные включения и отключе­ния нагрузки, синхронизация и отключения генераторов, ава­рийные короткие замыкания), наблюдаются значительные изме­нения напряжения. Система автоматического регулирования напряжения не успевает мгновенно их компенсировать.

В самой начальной стадии переходного режима (так назы­ваемый сверхпереходный режим), вызванного включением на­грузки, СГ может быть представлен следующей грубой мате­матической моделью:

,

где штрихи у переменных указывают на сверхпереходный ре­жим. Сверхпереходная реактивность примерно на порядок меньше синхронной реактивностивходящей в уравнение (2.1), а.

При внезапном включении нагрузки на ненагруженный гене­ратор начальный провал его напряжения, почти равный у сов­ременных генераторов максимальному, может быть оценен согласно (2.2) по формуле

.

Максимальная величина тока короткого замыкания (при z=0) достигает значения

,

где -напряжение генератора до короткого замыкания.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, так называемый ударный ток, вычисляется по величине

.

где — ударный коэффициент, учитывающий свободную (апериодическую) составляющую тока и достигающий 1,4. ..1,8. Величина

может превышать в 15. 20 раз амплитудное зна­чение номинального тока генератора, что вызовет большую опасность режима короткого замыкания. При протекании такого большого тока возникают значительные электродинамические усилия между токопроводами и термические эффекты. Так, например, при глухом коротком замыкании генератора типа МСК1875-1500 мощностью 1500 кВт ударный ток может превышать 50 кА.

От приводного двигателя СГ требуется постоянство часто­ты вращения при любой нормальной эксплуатационной нагрузке,так как изменения частоты вращения обусловливают пропорциональные изменения частоты и амплитуды напряжения генератора.

С ростом мощности генераторов перспективными оказы­ваются конструкции СГ со сверхпроводящими обмотками. Сверхпроводимость обмоток обеспечивается за счет криогенных систем, в которых для необходимого глубокого охлаждения обычно используется жидкий гелий. Расчеты и эксперименты показывают, что у генераторов мощностью порядка 1 МВт (средняя величина мощности современного судового генера­тора), при использовании сверхпроводящих обмоток общий КПД (с учетом потерь в системе глубокого охлаждения) не отличает­ся от КПД генераторов обычного исполнения, а масса и габа­риты существенно уменьшаются.

Эксплуатация электроэнергетических систем морских судов

Автор: О. П. Хайдуков, А. Н. Дмитриев, Г. Н. Запорожцев. .

Тип документа: Справочник | pdf .

Размер файла: 10 Mb .

Справочник является первой попыткой обобщения опыта эксплуатации судовых электроэнергетических систем, в том числе и атоматизированных. При подготовке справочника авторы учли тот факт, что в составе отечественного флота имеются суда иностранной постройки, на которых могут отсутствовать некоторые инструкции по эксплуатации или подробные описания судовых технических средств.
Материал справочника разбит на главы в соответствии с элементами, входящими в состав электроэнергетических систем (приёмники электрической энергии в состав этих систем не входят). Для обозначения элементов электрических систем применены двухбуквенные коды согласно ГОСТ 2 710—81 «Обозначения букв цифровые в электрических схемах» Исключение составляют некоторые рисунки где обозначение элементов дано согласно уже меющейся на судах документации.

ОГЛАВЛЕНИЕ:
Список принятых сокращений.
Предисловие.
Глава 1. Основные положения эксплуатации судовых электроэнергегических систем.
1.1. Основные термины и определения.
1.2. Классификация СЭЭС.
1.3. Техническое использование и обслуживание СЭЭС.
1.4. Освидетельствование СЭЭС.
1.5. Эксплуатационная документация.
1.6. Средства очистки электрооборудования, лакоэмалевые покрытия для обмоток.
Глава 2. Приводные двигатели генераторных агрегатов.
2.1. Назначение и классификация.
2.2. Характерные неисправности, их влияние на работу СЭЭУ.
Глава 3. Автоматические регуляторы частоты вращения генераторных агрегатов.
3.1. Назначение и классификация.
3.2. Особенности эксплуатации.
3.3. Характерные неисправности, их влияние на работу СЭЭУ.
3.4. Настройка регуляторов.
Глава 4. Электрические генераторы.
4.1. Конструкция и принцип действия.
4.2. Судовые синхронные генераторы.
4.3. Характеристики синхронных генераторов.
4.4. Системы возбуждения СГ.
4.5. Особенности эксплуатации СГ.
4.6. Характерные неисправности, способы их устранения.
4.7. Электроизоляционные материалы для ремонта СГ.
Глава 5. Распределительные устройства и их аппаратура.
5.1. Назначение и классификация.
5.2. Плавкие предохранители.
5.3. Коммутационно-защитная аппаратура.
5.4. Комбинированные защитные устройства.
5.5. Электроизмерительные приборы.
5.6. Назначение и устройство ГРЩ.
5.7. Параллельная работа СГ.
5.8. Автоматические регуляторы напряжения.
5.9. Устройства автоматической синхронизации.
5.10. Устройства регулирования частоты и распределения на грузки между СГ.
5.11. Особенности эксплуатации РУ.
5.12. Характерные неисправности и способы их устранение.
5.13. Безопасность труда при эксплуатации и ремонте.
Глава 6. Аварийные источники электроэнерги.
6.1. Назначение и классификация.
6.2. Особенности эксплуатации аварийных источников электроэнергии.
Глава 7. Судовые аккумуляторы.
7.1. Назначение и классификация.
7.2. Основные технические характеристики.
7.3. Эксплуатация кислотных аккумуляторов.
7.4. Эксплуатация щелочных аккумуляторов.
7.5. Характерные неисправности, способы их устранения.
7.6. Безопасность труда при эксплуатации и ремонте.
7.7. Выпрямительные агрегаты для заряда аккумуляторов.
Глава 8. Автоматизированные системы управления СЭЭУ.
8.1. Назначение и классификация.
8.2. Характеристики СУ СЭЭУ.
8.3. Характерные неисправности и способы их устранения.
Глава 9. Судовые электрические сети.
9.1. Назначение и классификация.
9.2. Характеристики судовых кабелей и проводов.
9.3. Расчет токов судовых приемников электроэнергии и выбор площади сечения кабеля.
9.4. Характеристики изоляции кабелей.
9.5 Особенности эксплуатации электрических сетей.
9.6. Контроль сопротивления изоляции РУ и электрических сетей.
9.7. Электроснабжение судов от береговых электрических сетей.
9.8. Безопасность труда при обслуживании и ремонте судо¬вых сетей.
9.9. Защитные средства и их испытания.
9.10. Оказание первой помощи при поражении электрическим током.
Список литературы.
Предметный указатель.

Тема: «Диагностирование судовых синхронных генераторов»

Лекция

Тема: «Диагностирование судовых синхронных генераторов»

Вопрос 1 Параметры, характеризующие ТС СГ

В процессе эксплуатации судовых генераторов необходимо периодически оценивать их техническое состояние.

Основными параметрами, характеризующими техническое состояние (ТС) судового электрооборудования, в том числе и синхронных генераторов (СГ), являются следующие:

— сопротивление изоляции токоведущих частей относительно корпуса, характеризующее ТС изоляции;

— ток, характеризующий ТС токоведущих частей СГ;

— температура, токоведущих и изоляционных частей, корпусов, подшипников характеризующая соответствие реальных условий эксплуатации и тока нагрузки расчётным, а также состояние средств охлаждения.

Дополнительными параметрами , характеризующими ТС СГ, являются:

— напряжение, активная мощность и частота, характеризующих не только ТС СГ, но и средств регулирования этих параметров;

— сопротивление токоведущих частей обмоток СГ;

— вибрация, свидетельствующая о нарушении центровки, неуравновешенности вращающихся частей;

— высокочувствительные ударные импульсы, характеризующие ТС подшипниковых узлов и их смазки при работающих подшипниках качения;

— некоторые другие механические и электрические параметры (зазоры, потенциалы, нажатия и др) в СГ.

Перечисленные основные и дополнительные параметры измеряются при инструментальном контроле стационарными или переносными средствами измерения, а также специальными средствами технического диагностирования.

Эти измерения должны проводиться в соответствии с методиками измерений, изложенными в ГОСТ 183-74, 11828-86, и 14965-80.

Нормы или рекомендуемые значения инструментально контролируемых параметров ТС содержатся в Правилах Регистра, Руководстве по наблюдению за судами в эксплуатации, Правилах технической эксплуатации, технической документации и в другой нормативной и справочной литературе.

Тепловизоры фирмы NEC

Применяются для измерения и наблюдения распределения температуры на поверхности объектов в реальном времени в целях обнаружения дефектов и неисправностей ‘электрооборудования, эффективности работы теплообменников и охладителей, трубопроводов, определения границ загрязнений.

Индикатор дефектов трехфазных обмоток ИДО-05

ИДО-05 — это портативный прибор, предназначенный для контроля трехфазных обмоток электродвигателей. Внешний вид прибора представлен на рис.2.3

Рис.2.4 Внешний вид прибора

Прибор обеспечивает обнаружение :
— замыканий между отдельными витками фазы;
— замыканий между фазами;
— замыканий обмотки на корпус;
— обрыва обмотки;
— неправильности соединения схемы обмотки.
ИДО-05 легко и быстро выявляет дефекты — без демонтажа и разборки машины.
Принцип действия прибора основан на сравнении полных сопротивлений фаз обмотку при подаче на обмотку зондирующего высокочастотного сигнала.

Принцип работы индикатора:- при проверке обмотки на наличие междувитковых замыканий, обрыва проводников и на правильность соединения схемы сравниваются полные сопротивления двух фаз обмотки при подключении к ним генератора высокочастотного стабилизированного тока. При наличии дефектов полные сопротивления фаз обмотки и соответственно токи в них будут различными;
— при проверке состояния изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками подается на обмотку напряжение постоянного тока и контролируется ток утечки. Технические данные: — высокая чувствительность к дефектам до одного короткозамкнутого витка в фазе;
— стрелочная индикация;
— рабочее положение прибора — произвольное;
— самоконтроль работоспособности;
— малый вес (до 1,0 кг) и габариты (210х80х50);
— питание автономное от блока питания, состоящего из 6 аккумуляторов Д-0,26 Д

со встроенным зарядным устройством;
— малая потребляемая мощность — до 0,9 Вт.

Вопрос 6 Параметры вибрации

Вибрация электрических машин вызывается неуравновешенностью вращающихся частей, механическими неисправностями или причинами электромагнитного характера.

Показатели вибрации электрических машин (амплитуда, виброскорость, виброускорение) периодически измеряют переносными приборами. Контроль вибрации работающих генераторов при их ТИ выполняют на ощупь с последующим (при необходимости) измерением переносным прибором.

Вибрации могут быть уменьшены лишь различными конструктивными мероприятиями.

Во многих случаях можно легко определить, является ли вибрация следствием неуравновешенности, механической неисправности или электромагнитных явлений. Рассмотрим в качестве примера один из способов установления причины повышенной вибрации генератора.

. Генератор возбуждают до номинального напряжения при номинальной скорости вращения. Если при отключении двигателя от сети или при снятии возбуждения с генератора вибрации исчезают, то можно считать, что они вызываются электромагнитными причинами.

Определение частоты вибрации также часто помогает выявить ее причину. Овальность шеек вала вызывает вибрации двойной частоты вращения. Если причиной вибрации является «масляное биение», то частота вибрации при этом меньше половины частоты вращения. Неуравновешенность вращающихся частей вызывает вибрацию с частотой вращения.

Вибрацию машины оценивают по размахам вибрации подшипников. Принято измерять размах вибрации подшипника в трех взаимно перпендикулярных направлениях: 1) вертикальном — на крышке, над осью вращения; 2) горизонтальном — по разъему, против середины вкладыша и 3) осевом — по разъему, по возможности ближе к оси вращения.

Вибрацию измеряют вибрографами или виброметрами. При скорости вращения ротора (якоря) до 500 об/мин можно измерять вибрацию индикатором часового типа.

Вредное влияние вибрации на надежность машины и сооружений возрастает с повышением частоты, поэтому допустимая вибрация машин должна уменьшаться с повышением скорости вращения вала.

Предельно допустимые значения параметров собственной вибрации генераторов (размах вибрации и соответствующие значения виброскорости на основной частоте) зависят от частоты вращения (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Предельно допустимые значения параметров собственной вибрации электрических машин

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).